NSK přezkoumává stanovení dynamické únosnosti
Jako první na světě představila společnost NSK novou metodu přesného stanovení základní trvanlivosti valivých ložisek podle jejich velikosti a množství nekovových vměstků v oceli, z níž jsou ložiska vyrobena. Do budoucna se základní trvanlivost kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem, válečkových ložisek, jednořadých kuličkových ložisek a kuželíkových ložisek společnosti NSK díky optimalizaci stanovení jejich základní dynamické únosnosti zvýší, případně dokonce zdvojnásobí.
www.nskeurope.com
Metody výpočtu únosnosti se řídí normou ISO 281:2007 (resp. ČSN ISO 281 Valivá ložiska – Dynamická únosnost a trvanlivost), která stanoví, že při testování série identických ložisek musí devět z deseti ložisek při zkušebním zatížení bez problémů zvládnout milion otáček. Norma ISO 281 sice za určitých podmínek umožňuje zvýšení základní trvanlivosti, ale v minulosti bylo nutné po jakékoli úpravě ložiska provést další sérii fyzických zkoušek. Společnost NSK naproti tomu vyvinula přesně pro tyto situace metodu nedestruktivního testování, která umožňuje upustit od dalšího zdlouhavého fyzického testování a umožňuje koncovému uživateli těžit ze zásadního zvýšení základní trvanlivosti ložisek.
Obecně lze říci, že většina lidí používá k určení základní trvanlivosti ložisek stávající katalog výrobce. Alternativně je možné použít výpočetní program, do nějž se zadá zatížení ložiska a jeho parametry. Základní výpočet se však stále provádí podle normy ISO 281. Tento typ výpočtu se stal celosvětovým standardem. Od doby, kdy byly vyvinuty a zavedeny metody určování trvanlivosti ložisek (již v roce 1962), však čistota materiálu i výrobní možnosti pokročily mílovými kroky. Výsledkem je, že skutečná provozní trvanlivost ložiska bývá mnohem větší než základní trvanlivost, která se stanovuje zkouškami podle normy ISO 281.
Řešení společnosti NSK postup zjednodušilo zavedením počítačových modelů spolu s empirickými testy. Základní myšlenka spočívá v tom, že tyto modely používáme jako „digitální dvojče“, přičemž konečným cílem je, aby bylo možné upustit od zkoušek základní trvanlivosti se skutečnými fyzickými ložisky a stanovit změny dynamických únosností ložisek výhradně pomocí digitálních vyhodnocení.
Vlastní interní výzkum společnosti NSK ukázal, že složení a kvalita ložiskové oceli, zejména podíl nekovových příměsí, má obrovský vliv na životnost ložiska v daném zařízení a je ve skutečnosti přesnějším ukazatelem jeho skutečné provozní trvanlivosti než výše uvedené metody výpočtu. Naši inženýři si uvědomili, že metoda hodnocení založená na lomové mechanice (obor materiálového inženýrství zabývající se studiem šíření trhlin v materiálech) by mohla poskytnout smysluplnější pohled.
Společnost NSK ve spolupráci s japonskou univerzitou v Kjúšú vytvořila kvantitativní metodu hodnocení, jež může určit, které faktory ovlivňují proces šíření trhlin v materiálu ložiska a do jaké míry. Zejména díky kombinaci nové metody s ultrazvukovou inspekční technikou, která skenuje nekovové inkluze ve velkém objemu oceli, společnost NSK zjistila, že může stanovit trvanlivost svých ložisek s mnohem vyšší přesností.
Díky tomu revidovala základní hodnoty dynamického zatížení mnoha svých ložisek beze změny jejich konstrukce nebo materiálů, přičemž u všech zvýšených základních hodnot stále uplatňuje příslušnou bezpečnostní rezervu. S touto revizí má např. základní trvanlivost radiálních válečkových ložisek dvojnásobnou hodnotu než dříve.
A co víc, se zlepšující se základní dynamickou únosností se ložiska mohou použít při vyšším zatížení, což znamená, že se konstruktéři mohou rozhodnout pro menší ložiska, která jsou stále schopna plnit stejnou funkci, to znamená při požadované trvanlivosti snést dané zatížení, jako jejich větší protějšky. Jasným přínosem je zmenšení velikosti i hmotnosti strojů, kde jsou ložiska použita.
Koncoví uživatelé se mohou spolehnout na to, že nové hodnoty trvanlivosti ložisek jsou stanoveny na základě pečlivě prozkoumané metodiky podpořené rozsáhlou empirickou databází. Všechny nové – a zásadně vyšší – základní hodnoty jsou v bezpečném rozmezí. Výzkumníci a konstruktéři společnosti NSK použili kvantitativní metodu hodnocení, aby zjistili, které faktory nebo jaký počet a jaká velikost nečistot ovlivňují proces šíření trhlin v oceli valivých ložisek a do jaké míry. Ke spuštění simulací a analýz výsledků byly použity počítače s extrémním výpočetním výkonem.
1) Kuličková ložiska s kosoúhlým stykem, válečková ložiska, jednořadá kuličková ložiska (na obrázku) a kuželíková ložiska společnosti NSK budou mít v budoucnu větší základní trvanlivost
