Łożyska - 08/09/2024
Przełomowe zmiany w zakresie nośności łożysk NSK
NSK jako pierwsza firma na świecie, wprowadziła nową metodę dokładnego przewidywania żywotności łożysk tocznych na podstawie ich rozmiaru oraz ilości niemetalicznych wtrąceń w stali, z której zostały wykonane. W przyszłości łożyska kulkowe skośne, łożyska walcowe, łożyska kulkowe poprzeczne i łożyska stożkowe NSK będą oferować wydłużoną żywotność, potencjalnie nawet podwojoną, dzięki optymalizacji bazowych dynamicznych nośności.
Nośności bazowe są regulowane przez normę ISO 281:2007, która stanowi, że podczas testowania partii identycznych łożysk, dziewięć na dziesięć z nich musi wykonać milion obrotów bez żadnych problemów. Norma ISO 281 pozwala na zwiększenie żywotności w określonych warunkach, ale w przeszłości wszelkie modyfikacje łożysk musiały być poprzedzone kolejną serią testów. NSK opracowała jednak metodę badań nieniszczących właśnie dla takich sytuacji, która umożliwia rezygnację z dalszych testów i pozwala użytkownikowi końcowemu skorzystać z zasadniczego wydłużenia okresu eksploatacji łożysk.
Z reguły, aby obliczyć żywotność łożysk, większość użytkowników korzysta z istniejącego katalogu producenta. Mogą oni także wprowadzić do programu obliczeniowego obciążenia zewnętrzne i informacje o łożysku, jednak podstawowe obliczenia są nadal przeprowadzane zgodnie z normą ISO 281, co jest standardem na całym świecie. Należy jednak wziąć pod uwagę, że od czasu opracowania i wprowadzenia metod określania żywotności łożysk (już w 1962 r.), nastąpił ogromny postęp w zakresie uzyskiwanej czystości materiałów i możliwości produkcyjnych. W rezultacie rzeczywista żywotność łożysk jest zwykle znacznie dłuższa niż ta, którą sugerują testy zgodne z normą ISO 281.
Rozwiązanie NSK uprościło procedury, wprowadzając wspomagane komputerowo modele wraz z testami empirycznymi. U podstaw leży założenie, że modele te są wykorzystywane jako „cyfrowe bliźniaki”, a ostatecznym celem jest możliwość rezygnacji z testów trwałości użytkowej przy użyciu rzeczywistych, fizycznych łożysk i określanie zmian w zakresie nośności dynamicznej bazowej wyłącznie za pomocą ocen cyfrowych.
Wewnętrzne badania NSK wykazały, że skład i jakość stali łożyskowej, a w szczególności udział zanieczyszczeń niemetalicznych w stali, mają ogromny wpływ na trwałość użytkową łożysk i są dokładniejszym wskaźnikiem żywotności niż powyższe metody obliczeniowe. Inżynierowie zdali sobie sprawę, że metoda oceny oparta na mechanice pękania (dziedzina mechaniki zajmująca się badaniem propagacji pęknięć w materiałach) może zapewnić dokładniejszy wgląd w zjawisko.
NSK w ramach współpracy z Uniwersytetem Kiusiu w Japonii opracowała metodę oceny ilościowej, która pozwalała określić, jakie czynniki i w jakim stopniu wpływają na proces propagacji pęknięć w materiale łożysk. Łącząc nową metodę z techniką inspekcji ultradźwiękowej, która skanuje wtrącenia niemetaliczne w dużej objętości stali, firma NSK odkryła możliwość przewidywania trwałości łożysk ze znacznie większą dokładnością.
W rezultacie NSK dokonała przeglądu nośności dynamicznych bazowych wielu łożysk bez wprowadzania zmian konstrukcyjnych i materiałowych, jednocześnie stosując odpowiedni margines bezpieczeństwa do wszelkich podwyższonych wartości. Dzięki tej rewizji szacowana żywotność łożysk poprzecznych wałeczkowych jest na przykład dwukrotnie większa niż wcześniej.
Co więcej, wraz ze zwiększeniem nośności dynamicznej bazowej łożysk, można je stosować w warunkach większych obciążeń, dzięki czemu firmy wybierają mniejsze łożyska, które nadal są w stanie realizować te same funkcje, co ich większe odpowiedniki. Zapewnia to oczywiste korzyści w postaci zmniejszenia rozmiarów maszyn i redukcji masy.
Użytkownicy końcowi mogą polegać na fakcie, że nowe wartości żywotności łożysk są określane na podstawie starannie przestudiowanej metodologii popartej rozległą empiryczną bazą danych. Wszystkie nowe – i zasadniczo wyższe – wartości będą mieścić się w bezpiecznym zakresie.
Badacze i konstruktorzy NSK zastosowali metodę oceny ilościowej, aby określić, które czynniki lub liczba i wielkość zanieczyszczeń wpływają na proces rozprzestrzeniania się pęknięć w stali łożyskowej i w jakim zakresie. Do uruchomienia i analizy symulacji wykorzystano komputery o ekstremalnej mocy obliczeniowej.
Zdjęcie: Łożyska kulkowe skośne, łożyska walcowe, łożyska kulkowe poprzeczne (na zdjęciu) i łożyska stożkowe NSK będą oferowały w przyszłości wydłużoną żywotność.
Udostępnij