Läpimurto NSK:n kuormitusluokituksissa
NSK on esitellyt ensimmäisenä maailmassa uuden menetelmän, jolla voidaan ennustaa tarkasti vierintälaakereiden käyttöikä laakereiden koon ja laakeriteräksessä olevien ei-metallisten sulkeumien määrän perusteella. Tästä eteenpäin NSK:n viistokuulalaakerien, lieriörullalaakerien, urakuulalaakerien ja kartiorullalaakerien käyttöikä pitenee tai jopa kaksinkertaistuu tämän dynaamisen peruskuormitusluokituksen optimoinnin ansiosta.
www.nskeurope.com
Kuormitusluokitukset on määritetty ISO 281:2007 -standardissa, jonka mukaan testattaessa erää identtisiä laakereita yhdeksän kymmenestä on kestettävä miljoona kierrosta ongelmitta. ISO 281 sallii käyttöiän pidentämisen tietyin edellytyksin, mutta aiemmin laakeriin tehtyjen muutosten jälkeen testit oli suoritettava uudelleen. NSK on kuitenkin kehittänyt juuri tällaisia tilanteita varten rikkomattoman testausmenetelmän, jonka avulla voidaan luopua lisätestauksesta ja loppukäyttäjä voi hyötyä käyttämiensä laakerien käyttöiän huomattavasta pidentymisestä.
Yleisesti ottaen useimmat ihmiset käyttävät laakerien käyttöiän laskemiseen valmistajan senhetkistä luetteloa. Vaihtoehtoisesti he voivat yleensä myös syöttää ulkoiset kuormat ja laakeritiedot laskentaohjelmaan. Peruslaskenta suoritetaan kuitenkin edelleen ISO 281 -standardin mukaisesti. Tällaisesta laskentatavasta on tullut maailmanlaajuinen standardi. Sen jälkeen, kun laakerin käyttöiän määritysmenetelmät kehitettiin ja otettiin käyttöön (tämä tapahtui jo vuonna 1962), materiaalien puhtaus ja valmistusmenetelmät ovat kuitenkin kehittyneet harppauksin. Tämän seurauksena laakerien todellinen käyttöikä on yleensä paljon pidempi kuin ISO 281 -standardin mukaisten testien antama käyttöikä.
NSK:n ratkaisu yksinkertaistaa asioita ottamalla käyttöön tietokoneavusteisia malleja empiiristen testien rinnalle. Perusajatuksena on, että käytämme näitä malleja ”digitaalisena kaksosena”, ja lopullisena tavoitteena on, että voimme luopua todellisilla, fyysisillä laakereilla tehtävistä käyttöikätesteistä ja määrittää dynaamisten kuormitusluokkien muutokset pelkästään digitaalisten arviointien avulla.
NSK:n omat sisäiset tutkimukset ovat osoittaneet, että laakeriteräksen koostumuksella ja laadulla, erityisesti ei-metallisten epäpuhtauksien osuudella teräksestä, on valtava vaikutus laakerin käyttöikään, ja se on itse asiassa tarkempi indikaattori laakerin käyttöiälle kuin edellä mainitut laskentamenetelmät. Insinöörimme ymmärsivät, että murtumismekaniikkaan perustuva arviointimenetelmä (mekaniikan ala, joka tutkii halkeamien etenemistä materiaaleissa) voisi tarjota merkityksellisempää tietoa.
Yritys teki yhteistyötä japanilaisen Kyushun yliopiston kanssa kehittääkseen kvantitatiivisen arviointimenetelmän, jonka avulla voitaisiin määrittää, mitkä tekijät vaikuttavat halkeaman etenemiseen materiaalissa ja missä määrin. Yhdistämällä uusi menetelmä ultraäänitekniikkaan, joka mittaa ei-metallisia sulkeumia suuressa teräsmassassa, NSK havaitsi voivansa ennustaa laakereidensa käyttöiän paljon tarkemmin.
NSK on tästä syystä tarkistanut monien laakereiden dynaamisen kuormituksen perusluokitusta ilman, että niiden suunnitteluun tai materiaaleihin olisi tehty muutoksia. Kaikissa korotetuissa arvoissa käytetään silti riittävää varmuusmarginaalia. Tämän tarkistuksen ansiosta esimerkiksi radiaalirullalaakereiden arvioitu käyttöikä on jopa kaksinkertainen aiempaan verrattuna.
Vielä parempaa on se, että laakereiden dynaamisen peruskuormitusluokituksen parantuessa ne soveltuvat käytettäviksi korkeammissa kuormitusolosuhteissa, mikä tarkoittaa, että yritykset voivat valita pienempiä laakereita, jotka pystyvät silti suorittamaan saman tehtävän kuin suuremmat laakerit. Helposti nähtäviä hyötyjä ovat muun muassa koneen koon pienentäminen ja painon vähentäminen.
Loppukäyttäjät voivat luottaa siihen, että uudet laakerien käyttöikäarviot on määritetty huolellisesti tutkittujen menetelmien perusteella ja niitä tukee laaja empiirinen tietokanta. Kaikki uudet – ja perustellusti korkeammat – arvot ovat turvallisella alueella. NSK:n tutkijat ja kehittäjät käyttivät kvantitatiivista arviointimenetelmää määrittääkseen, mitkä tekijät tai epäpuhtauksien määrä ja koko vaikuttavat särön etenemiseen vierintälaakeriteräksessä ja missä määrin. Simulaatioiden suorittamiseen ja analysointiin käytettiin tietokoneita, joissa oli erittäin korkea laskentateho.
Tästä eteenpäin NSK:n viistokuulalaakerien, lieriörullalaakerien, urakuulalaakerien (kuvassa) ja kartiorullalaakerien käyttöikä pitenee
