На Hannover Messe преди няколко години SKF обяви пускането на пазара на SKF Universal Bearing Life Model, иновативен модел, който помага на инженерите да изчислят номиналния живот на лагерите по по-реалистичен начин.
Моделът е голям пробив за индустрията на лагерите, позволявайки на клиентите и крайните потребители да играят важна роля в по-доброто съвпадение на лагерните продукти с приложенията, като по този начин подобряват живота на оборудването и намаляват оперативните разходи.
На изложението Hannover Messe SKF показа програмата за полеви показатели EnCompass и пусна универсалния модел на живот на лагерите на SKF
Като част от програмата за полеви резултати на SKF EnCompass, разработването на тази теория за живота успешно раздели модела на повърхностната умора от модела на подповърхностната умора, като се възползва от съществуващата теория за живота на лагерите (разработена от SKF и широко използвана повече от 30 години ) и въвеждане на повече параметри за предоставяне на нови прозрения за изчисляване на номиналния живот на лагерите.
Популяризирането на концепцията за универсално изчисляване на живота в Хановер включваше два дни интервюта на живо с експерти, демонстрационен софтуер за демонстриране на метода на изчисление и индивидуални взаимодействия с клиенти и журналисти. Концептуалният модел беше добре приет от публиката и клиентите и съживи интереса към изчисляването на рейтинга на живота на лагерите.
След това ще представим принципите на новия модел в две части.
Силата на трибологията
Досега изчисляването на живота на търкалящите лагери се основаваше на еквивалентен инженерен модел, базиран на напрежение, който отчита еквивалентни напрежения, възникващи под контактната повърхност и приложени към обема на напрежението на търкалящия контакт.
В продължение на много години умората, причинена от повърхността, се смяташе за причинена от лошо смазване или замърсяване и въздействието на този режим на повреда върху живота беше осъзнато чрез добавяне на корекционен фактор към общото еквивалентно напрежение на търкалящия контакт и включването му в формула за изчисляване на живота на лагера.
В тази статия ние се занимаваме с този проблем с повреда от повърхностна умора чрез разработване на универсален метод за живот на контакта при търкаляне. При този метод повредата, причинена от повърхността, е изрично посочена в основната формула за умора при контакт при търкаляне. Тази нова формула отразява по-добре трибологичните характеристики на търкалящите лагери при изчисленията на номиналния живот.
В допълнение, той осигурява по-добро разбиране на издръжливостта на повърхността при умора, която играе основна роля в полевата работа на търкалящите лагери. Ролята на този универсален метод е да обясни триенето на лагера и да обсъди противоречивите механизми на умора, възникващи в повърхността и под повърхността на търкалящия лагер.
При предпоставката за правилна употреба и добро смазване, търкалящите лагери стават все по-надеждни. Това се дължи на правилните практически методи и успешното разбиране и прилагане на традиционния механизъм за умора при търкаляне.
В същото време подобряването на чистотата на стоманата и качеството на обработка, съчетано с надеждни методи за изчисляване на живота, също се превърнаха във важна част от подобряването на надеждността на лагерите.
Въпреки това, тенденцията на миниатюризация на промишленото оборудване и по-високите изисквания за ефективност на полето са довели до по-взискателни условия на приложение на търкалящи лагери, особено на контактната повърхност, поради което повечето повреди на лагерите са свързани с умора на повърхността [Референция 1].
За да не се превърнат лагерите в пречка за по-нататъшното подобряване на работата на модерното оборудване, е необходима по-добра оценка на ефективността на повърхностното триене по отношение на работата на лагера. През последното десетилетие SKF постигна значителен напредък в областта на моделите на повърхностния живот [Референции 2-8].
И накрая, чрез въвеждането на модела на универсалния живот на лагерите на SKF, повърхностната умора беше отделена от теорията за живота на подповърхностната умора и това знание беше интегрирано в изчисляването на номиналния живот на търкалящите лагери [Справка 9].
При този подход се използват различни физически модели за двете области. Подповърхностната контактна умора при търкаляне може да се изчисли с помощта на класическата теория на Lundberg и Palmgren за динамично натоварване [10], но когато се работи с повърхностна умора, са необходими по-усъвършенствани модели на триене, които вземат предвид по-сложни физически ефекти като смазване, триене, износване, умора или вработване поради концентрации на напрежение, възникващи на херцианската контактна повърхност.
Това позволява на SKF да включи повече персонализирани дизайни със специални функции в изчисляването на живота на лагера, които могат да повлияят на работата на лагера при полево приложение. Например: специална топлинна обработка на лагера, усъвършенствана микро-геометрия, уникален дизайн или по-високо качество.
Клиентите могат да се възползват от различни уникални характеристики на лагерите в продуктовия каталог на SKF и да ги използват при изчисляването на номиналния живот. В крайна сметка клиентите вече не трябва просто да използват базовата степен на динамично натоварване (C), която представлява само „подповърхностна умора“, както е в момента, но могат по-добре да се възползват от уникалните характеристики на продуктите на SKF и по-високото качество на продукта.
Новият модел може конкретно да се справи с механизмите за стареене на лагери и по време на разработването на лагерни продукти, триенето върху повърхността на коловоза ще се използва по-широко в тази по-усъвършенствана версия на общия модел на живот на лагера.
Инженерите на SKF ще използват универсалния модел на живот на лагерите, за да разработят подобрени конструкции на лагери за специални приложения или специфични изисквания за работа на място. В обобщение, универсалният модел на живот на лагера представлява по-модерен и гъвкав инструмент за оценка на ефективността на лагера, който може да включва нови знания и технологии, докато продължава да се развива.
Универсален подход към моделирането
Настоящият модел ще продължи да поддържа стандартизирания вероятностен метод за изчисляване на живота на търкалящите лагери, който все още се използва днес, който се основава на двупараметричната теория на разпределението на Weibull, както е обсъдено в [12].
Varodi Weibull [13] въвежда концепцията за произволност при определяне на якостта и счупването на структурните елементи в своята теория за най-слабото звено на верижния модел.
Ако една конструкция се състои от n елемента, подложени на различни състояния на напрежение, при различни вероятности за живот S1, S2, ..., Sn, съгласно закона за продукта на надеждността, общата вероятност за живот на конструкцията може да се получи по формула (1).
В тяхната ранна класическа основна динамична формула за определяне на натоварването за търкалящи лагери [Референция 10], Лундберг и Палмгрен замениха закона за продукта за надеждност на Weibull във формула (1) и изведоха формулата за жизнената функция (2) за структура, съставена от n независими физически елемента, което включва процеса на стареене от 0 до N цикъла на натоварване.
Като се има предвид, че G представлява функцията на стареене на материала, причинена от кумулативния ефект на циклите на натоварване (умора), обемният параметър V може да бъде разделен на два или повече независими фактора за произход на структурни повреди.
Следователно различните региони могат да се характеризират с различни функции на стареене на материала, които описват различни (или единични) процеси на стареене на материала Gv.1, Gv.2, ..., Gv.n и техния комбиниран ефект върху живота на цялата конструкция може да се изрази с формула (2). Въпреки това, като се има предвид, че има само две области, едната е под повърхността (v зона), а другата е повърхността (s зона), може да се изведе формула (3).
Съгласно [Справка 14] интегралната формула (4) на обема на повредата от умора може да бъде получена с помощта на амплитудата на напрежението σv, генерирано в зоната на напрежение на Hertz.
Където c и h са експоненти, e представлява наклона на Weibull на подповърхността, N е контактният живот при броя на циклите на натоварване, z представлява дълбочината на подповърхността, която трябва да се анализира, Vv е обемният интеграл, σu.v е границата на умора на този обем, а Ā е константа на настройка.
По подобен начин функцията за увреждане на повърхността може да бъде пренаписана. Ако константата ĥ се замести в константата на вероятността за повърхностно увреждане B ̅, може да се получи формула (5).
Където m е наклонът на Weibull на повърхността, A е повърхностният интеграл, σu.s е границата на умора на повърхността и B ̅ е константа на настройка.
Във формулата за повреждане на повърхността (5) повърхностното напрежение σs трябва да се получи от действителната форма на повърхността и напрежението на триене на контактната повърхност.
Сега, чрез комбиниране на формули (4) и (5) с формула (3), е възможно да се получи формулата за контактния живот за отделните условия на повърхността и под повърхността. Обърнете внимание, че животът в обороти може да бъде свързан с броя на циклите на натоварване чрез L=N/u, където u е броят на циклите на натоварване на оборот и като се вземе предвид самото сходство на двата наклона на Weibull e=m, това е съответният модел на повърхностна умора в лагера и накрая се получава уравнение (6).
Това е основата за модел на живот на лагера, който изрично разделя повърхностните условия от тези под повърхността. Подповърхностните условия, представени от обемния интеграл, могат да бъдат изчислени съгласно традиционния метод на Hertz за умора при търкалящ контакт от [14].
Повърхностните термини, представени от интеграла на площта, включват много явления на триене, които описват живота на повърхността на пистата по по-съвместим начин в новата теория за живота.
Разбира се, при разработването на новия модел са необходими по-усъвършенствани модели на данни. Всъщност е необходимо да се опише взаимодействието между два по-сложни и противоречиви механизма на стареене.
Например: i) умора на повърхността, съчетана с леко износване, ii) развитие на повреда от вдлъбнатина, iii) трибохимични взаимодействия и много други фактори.
