Những yếu tố nào thường hạn chế tốc độ tối đa của vòng bi cầu rãnh sâu PU

Các yếu tố hạn chế chuyên nghiệp của tốc độ giới hạn của Vòng bi rãnh sâu PU

Vòng bi rãnh sâu PU (polyurethane) được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng cụ thể nhờ đặc tính giảm rung, giảm tiếng ồn và chống mài mòn tuyệt vời. Tuy nhiên, so với vòng bi hoàn toàn bằng thép truyền thống, tốc độ giới hạn của chúng thường bị hạn chế chặt chẽ hơn do đặc tính của lớp ngoài PU. Phân tích chuyên nghiệp cho thấy tốc độ giới hạn của vòng bi cầu rãnh sâu PU chủ yếu bị chi phối bởi bốn yếu tố sau.

Hạn chế về nhiệt động của vật liệu PU

Yếu tố hạn chế cốt lõi của vòng bi cầu rãnh sâu PU nằm ở độ nhạy cảm của vật liệu polyurethane với nhiệt và nhiệt độ.

1. Sinh nhiệt ma sát và tích lũy nhiệt độ

Khi ổ trục hoạt động ở tốc độ cao, nhiệt được tạo ra do ma sát giữa các con lăn và rãnh lăn, cũng như do sự biến dạng đàn hồi và phục hồi của lớp ngoài PU. Trong vòng bi rãnh sâu PU, lớp ngoài PU dẫn nhiệt kém và hiệu suất tản nhiệt của nó thấp hơn nhiều so với vòng ngoài bằng kim loại.

Hiệu ứng tích tụ nhiệt: Nhiệt sinh ra khó tiêu tan nhanh, khiến nhiệt độ hoạt động chung của ổ trục tăng mạnh.

Làm mềm nhiệt độ: Tính chất cơ học của vật liệu PU (đặc biệt là polyurethane nhiệt dẻo (TPU)) rất nhạy cảm với nhiệt độ. Khi vượt quá nhiệt độ chuyển thủy tinh hoặc nhiệt độ biến dạng nhiệt cụ thể (thường thấp hơn nhiều so với thép), độ cứng, mô đun đàn hồi và khả năng chịu tải của lớp ngoài PU sẽ giảm nhanh chóng.

Biến dạng vĩnh viễn: Nhiệt độ cao cũng làm tăng tốc độ lão hóa nhiệt và biến dạng vĩnh viễn của vật liệu PU, dẫn đến giảm độ chính xác của mặt cắt vòng ngoài, làm trầm trọng thêm độ rung và ma sát, tạo ra một vòng luẩn quẩn cuối cùng dẫn đến hỏng ổ trục và hạn chế hoạt động ở tốc độ cao.

2. Khả năng chịu nhiệt của keo

Độ bền liên kết giữa lớp ngoài PU và vòng bi thép bên trong cũng nhạy cảm với nhiệt độ. Nhiệt độ cao có thể làm hỏng chất kết dính, làm mất liên kết hoặc bong tróc lớp PU. Một khi lớp PU bên ngoài tách ra khỏi vòng thép, ổ trục sẽ mất hoàn toàn khả năng hoạt động. Vì vậy, nhiệt độ hoạt động tối đa của chất kết dính trở thành một trong những điểm nghẽn hạn chế tốc độ tối đa của ổ trục.

Ứng suất động và đặc tính đàn hồi

Mặc dù đặc tính đàn hồi của vật liệu PU mang lại lợi ích giảm rung nhưng chúng lại trở thành bộ hạn chế tốc độ chính dưới áp lực động cao.

1. Độ trễ đàn hồi và tổn thất năng lượng

Lớp ngoài PU bị biến dạng đàn hồi dưới tác dụng của tải trọng. Trong quá trình lăn liên tục ở tốc độ cao, sự biến dạng và phục hồi đàn hồi này xảy ra ở tần số cao. Polyurethane thể hiện hiệu ứng trễ đáng kể, nghĩa là năng lượng bị mất trong quá trình biến dạng và phục hồi, tất cả đều được chuyển thành nhiệt.

Phép nhân nhiệt: Khi tốc độ tăng, tần số biến dạng cũng tăng, dẫn đến sự gia tăng phi tuyến về tổn thất năng lượng và sinh nhiệt. Đây là một nguồn tích tụ nhiệt bên trong chính khác, trực tiếp hạn chế giới hạn tốc độ trên.

2. Lực ly tâm và biến dạng

Đối với ổ bi rãnh sâu PU vừa và lớn, lực ly tâm lên lớp ngoài PU tăng lên đáng kể ở tốc độ cực cao. Mặc dù mật độ của vật liệu PU thấp hơn thép nhưng lực ly tâm cao có thể gây ra sự giãn nở hướng tâm hoặc bị rão ở vòng ngoài.

Các vấn đề về độ ổn định kích thước: Biến dạng này có thể phá vỡ sự khớp chính xác giữa ổ trục và lỗ lắp, dẫn đến hoạt động của ổ trục không ổn định, tăng độ rung và thậm chí có thể bung ổ trục khỏi bệ lắp, hạn chế tốc độ an toàn từ góc độ thiết kế cơ học.

Thiết kế và bôi trơn vòng bi thép bên trong

Tốc độ tối đa của ổ bi rãnh sâu PU cũng bị giới hạn bởi thiết kế và bảo trì ổ bi thép bên trong của nó.

1. Khoảng trống bên trong và lồng

Vòng bi cầu rãnh sâu PU thường dựa trên thiết kế ổ bi rãnh sâu tiêu chuẩn. Khoảng hở xuyên tâm bên trong và loại lồng ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ tối đa.

Lựa chọn khe hở: Trong quá trình vận hành tốc độ cao, nhiệt độ ổ trục tăng lên, làm cho vòng trong bằng thép và các con lăn giãn nở, dẫn đến khe hở giảm. Khe hở không đúng (ví dụ khe hở C2 quá nhỏ) có thể gây ra hiện tượng kẹt ở nhiệt độ cao. Do đó, phải chọn cấp khe hở phù hợp với tốc độ cao.

Chất liệu lồng: Tốc độ tối đa của lồng thép và nhựa (như nylon) khác nhau. Vòng cách nylon có xu hướng mềm và biến dạng ở nhiệt độ cao, càng hạn chế tốc độ tối đa của ổ trục.

2. Chất bôi trơn và phương pháp bôi trơn

Tốc độ tối đa của ổ bi rãnh sâu PU cũng bị giới hạn bởi điều kiện bôi trơn của nó.

Tuổi thọ của dầu mỡ: Dầu mỡ trong các ổ trục được bôi trơn trước bị oxy hóa và phân hủy nhanh chóng ở nhiệt độ cao, làm giảm tuổi thọ của dầu mỡ, dẫn đến hỏng bôi trơn và ma sát tăng mạnh. Do đó, tốc độ phải được kiểm soát chặt chẽ trong phạm vi nhiệt độ hoạt động tối đa của mỡ.

Tải bên ngoài và điều kiện hoạt động

Các điều kiện bên ngoài có tác động toàn diện đến tốc độ tối đa của vòng bi PU.

1. Tải trọng hướng tâm và hướng trục

Tải trọng động tương đương do ổ trục chịu là yếu tố chính quyết định tốc độ cho phép.

Giới hạn tải trọng cao: Tải trọng cao hơn làm tăng ứng suất tiếp xúc giữa các con lăn và mương, làm tăng biến dạng đàn hồi của lớp ngoài PU và tạo ra nhiều nhiệt hơn. Để tránh tình trạng mỏi nhanh chóng hoặc hư hỏng lớp ngoài PU do lực căng quá mức, tốc độ tối đa phải được giảm tương ứng.

2. Môi trường tản nhiệt

Nhiệt độ môi trường xung quanh và điều kiện tản nhiệt của ổ trục ảnh hưởng trực tiếp đến phạm vi hoạt động ổn định của nó. Trong điều kiện nhiệt độ môi trường cao, biên độ tăng nhiệt độ của ổ trục giảm và tốc độ phải giảm để tránh quá nhiệt và hỏng hóc. Thiết kế tản nhiệt tốt (chẳng hạn như các kết cấu kim loại xung quanh hoặc làm mát không khí cưỡng bức) có thể tăng tốc độ cho phép ở một mức độ nhất định.