Na veletrhu Hannover Messe před několika lety SKF oznámila uvedení modelu SKF Universal Bearing Life Model, inovativního modelu, který pomáhá inženýrům vypočítat životnost ložisek realističtějším způsobem.
Tento model je zásadním průlomem pro ložiskový průmysl a umožňuje podporovat zákazníky a koncové uživatele, aby mohli hrát důležitou roli při lepším sladění ložiskových produktů s aplikacemi, a tím prodloužit životnost zařízení a snížit provozní náklady.
Na veletrhu v Hannoveru SKF předvedla program výkonnosti v terénu EnCompass a uvedla model SKF Universal Bearing Life Model
V rámci programu SKF EnCompass v terénu vývoj této teorie životnosti úspěšně oddělil model povrchové únavy od modelu podpovrchové únavy s využitím stávající teorie životnosti ložisek (vyvinuté SKF a široce používané po více než 30 let). ) a zavedení dalších parametrů, které poskytují nové poznatky pro výpočet jmenovité životnosti ložisek.
Propagace konceptu Universal Life Calculation v Hannoveru zahrnovala dva dny živých rozhovorů s odborníky, demonstrační software k demonstraci metody výpočtu a individuální interakce se zákazníky a novináři. Koncepční model byl publikem a zákazníky dobře přijat a oživil zájem o výpočty životnosti ložisek.
Dále si ve dvou částech představíme principy nového modelu.
Síla tribologie
Doposud byl výpočet životnosti valivých ložisek založen na ekvivalentním inženýrském modelu založeném na napětí, který zohledňuje ekvivalentní napětí pocházející pod kontaktní povrch a aplikované na objem napětí valivého kontaktu.
Po mnoho let byla únava způsobená povrchem považována za způsobenou špatným mazáním nebo znečištěním a dopad tohoto způsobu selhání na životnost byl realizován přidáním korekčního faktoru k celkovému ekvivalentnímu namáhání valivého kontaktu a jeho začleněním do vzorec pro výpočet životnosti ložiska.
V tomto článku se zabýváme tímto problémem únavového porušení povrchu vyvinutím univerzální metody životnosti valivého kontaktu. U této metody je poškození způsobené povrchem výslovně uvedeno v základním únavovém vzorci pro valivý kontakt. Tento nový vzorec lépe odráží tribologické vlastnosti valivých ložisek ve výpočtech jmenovité životnosti.
Kromě toho poskytuje lepší pochopení únavové životnosti povrchu, která hraje hlavní roli v provozních vlastnostech valivých ložisek. Úlohou této univerzální metody je vysvětlit tření ložiska a diskutovat protichůdné únavové mechanismy vyskytující se na povrchu a podpovrchu valivého ložiska.
Za předpokladu správného používání a dobrého mazání jsou valivá ložiska stále spolehlivější. To je způsobeno správnými metodami praxe a úspěšným pochopením a aplikací tradičního mechanismu únavy valivého kontaktu.
Současně se důležitou součástí zvyšování spolehlivosti ložisek stalo také zlepšování čistoty oceli a kvality zpracování v kombinaci se spolehlivými metodami výpočtu životnosti.
Trend miniaturizace průmyslových zařízení a vyšší požadavky na výkonnost v terénu však přinesly náročnější aplikační podmínky pro valivá ložiska, zejména na stykové ploše, a proto většina poruch ložisek souvisí s povrchovou únavou [Odkaz 1].
Aby se ložiska nestala úzkým hrdlem pro další zlepšování výkonu moderních zařízení, je zapotřebí lepší hodnocení výkonu povrchového tření z hlediska výkonu ložisek. V posledním desetiletí společnost SKF učinila významný pokrok v oblasti modelů povrchové životnosti [Odkazy 2-8].
Konečně zavedením modelu univerzální životnosti ložisek SKF byla povrchová únava oddělena od teorie životnosti podpovrchové únavy a tyto poznatky byly integrovány do výpočtu jmenovité životnosti valivých ložisek [Reference 9].
V tomto přístupu se pro obě oblasti používají různé fyzikální modely. Únavu podpovrchového valivého kontaktu lze vypočítat pomocí klasické Lundbergovy a Palmgrenovy dynamické teorie zatížení [10], ale pokud se zabýváme únavou povrchu, jsou zapotřebí pokročilejší modely tření, které berou v úvahu složitější fyzikální účinky, jako je mazání, tření, opotřebení, únava. nebo záběh v důsledku koncentrací napětí vyskytujících se na Hertzově kontaktní ploše.
To SKF umožňuje zahrnout do výpočtu životnosti ložisek více přizpůsobené konstrukce se speciálními funkcemi, které mohou ovlivnit výkon ložiska v praxi. Například: speciální tepelné zpracování ložiska, pokročilá mikrogeometrie, unikátní design nebo vyšší kvalita.
Zákazníci mohou využít různé jedinečné vlastnosti ložisek v katalogu výrobků SKF a použít je při výpočtu jmenovité životnosti. V konečném důsledku již zákazníci nemusí jednoduše používat základní dynamickou zátěž (C), která představuje pouze „podpovrchovou únavu“, jak je tomu v současnosti, ale mohou lépe využívat jedinečné vlastnosti výrobků SKF a vyšší kvalitu výrobků.
Nový model se konkrétně umí vypořádat s mechanismy stárnutí ložisek a při vývoji produktů ložisek bude v této pokročilejší verzi obecného modelu životnosti ložisek více využíváno tření na povrchu oběžné dráhy.
Inženýři SKF použijí model univerzální životnosti ložisek k vývoji vylepšených konstrukcí ložisek pro speciální aplikace nebo specifické požadavky na výkon v terénu. Stručně řečeno, univerzální model životnosti ložisek představuje modernější a flexibilnější nástroj pro hodnocení výkonnosti ložisek, který může zahrnovat nové poznatky a technologie, jak se neustále vyvíjejí.
Univerzální modelovací přístup
Stávající model si i nadále zachová standardizovanou metodu výpočtu životnosti valivých ložisek, která se dnes používá a která je založena na dvouparametrové teorii Weibullova rozdělení, jak je diskutováno v [12].
Varodi Weibull [13] zavedl koncept náhodnosti při určování pevnosti a lomu konstrukčních prvků ve své teorii nejslabších článků řetězového modelu.
Pokud se konstrukce skládá z n prvků vystavených různým stavům napjatosti, při různých pravděpodobností životnosti S1, S2, ..., Sn, podle zákona o součinu spolehlivosti lze celkovou pravděpodobnost životnosti konstrukce získat vzorcem (1).
Lundberg a Palmgren ve svém raném klasickém základním vzorci dynamické únosnosti pro valivá ložiska [Reference 10] nahradili Weibullův zákon o spolehlivosti produktu vzorcem (1) a odvodili vzorec životní funkce (2) pro konstrukci složenou z n nezávislých fyzikálních prvků, což zahrnuje proces stárnutí od 0 do N zatěžovacích cyklů.
Vzhledem k tomu, že G představuje funkci stárnutí materiálu způsobeného kumulativním účinkem zatěžovacích cyklů (únava), lze objemový parametr V rozdělit na dva nebo více nezávislých faktorů vzniku poškození konstrukce.
Proto mohou být různé oblasti charakterizovány různými funkcemi stárnutí materiálu, které popisují různé (nebo jednotlivé) procesy stárnutí materiálu Gv.1, Gv.2, ..., Gv.n a jejich kombinovaný účinek na životnost celé konstrukce lze vyjádřit vzorcem (2). Avšak uvážíme-li, že existují pouze dvě oblasti, jedna je podpovrchová (zóna v) a druhá je plocha (zóna s), lze odvodit vzorec (3).
Podle [Reference 14] lze integrální vzorec objemu únavového poškození (4) získat pomocí amplitudy napětí σv generované v Hertzově zóně napětí.
Kde c a h jsou exponenty, e představuje Weibullův sklon podpovrchu, N je životnost kontaktu při počtu zatěžovacích cyklů, z představuje hloubku podpovrchu, která má být analyzována, Vv je objemový integrál, σu.v je mez únavy na této hlasitosti a À je konstanta nastavení.
Podobným způsobem lze přepsat funkci poškození povrchu. Pokud konstantu ĥ dosadíme do konstanty pravděpodobnosti poškození povrchu B ̅, lze získat vzorec (5).
Kde m je Weibullův sklon povrchu, A je povrchový integrál, σu.s je mez únavy povrchu a B ̅ je konstanta nastavení.
Ve vzorci poškození povrchu (5) musí být povrchové napětí σs získáno ze skutečného tvaru povrchu a třecího napětí kontaktního povrchu.
Kombinací vzorců (4) a (5) se vzorcem (3) je nyní možné získat vzorec životnosti kontaktu pro povrchové a podpovrchové samostatné pojmy. Všimněte si, že životnost v otáčkách může být vztažena k počtu zatěžovacích cyklů pomocí L=N/u, kde u je počet zatěžovacích cyklů na otáčku, a vezmeme-li v úvahu velmi podobnost dvou Weibullových sklonů e=m, toto je relevantní model povrchové únavy v ložisku a nakonec získá rovnici (6).
Toto je základ pro model životnosti ložiska, který explicitně odděluje povrchové členy od podpovrchových členů. Podpovrchové členy reprezentované objemovým integrálem lze vypočítat podle tradiční Hertzovy metody únavy z valivého kontaktu podle [14].
Povrchové členy reprezentované plošným integrálem zahrnují mnoho třecích jevů, které popisují životnost povrchu oběžné dráhy kompatibilnějším způsobem v nové teorii života.
Při vývoji nového modelu jsou samozřejmě potřeba pokročilejší datové modely. Ve skutečnosti je nutné popsat interakci mezi dvěma složitějšími a protichůdnými mechanismy stárnutí.
Například: i) únava povrchu kombinovaná s mírným opotřebením, ii) vývoj vtiskového poškození, iii) tribochemické interakce a mnoho dalších faktorů.
