Xích con lăn nên dùng được bao lâu? Các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ.

Không thể phủ nhận rằng bôi trơn là yếu tố quan trọng nhất mà các kỹ sư có thể sử dụng để kéo dài tuổi thọ của xích con lăn. Khi một lớp dầu đủ dày được duy trì tại vị trí tiếp xúc giữa chốt và bạc lót, các chốt sẽ nổi trên một lớp dầu bôi trơn hình nêm thủy động và sự tiếp xúc kim loại gần như được loại bỏ hoàn toàn. Nếu lớp dầu đó bị loại bỏ — do nhiễm bẩn, bay hơi, tần suất bôi trơn không đủ, hoặc đơn giản là sử dụng loại dầu không phù hợp với nhiệt độ hoạt động — thì tốc độ mài mòn có thể tăng gấp mười lần hoặc hơn so với xích được bôi trơn đúng cách. Đối với hầu hết các xích công nghiệp hoạt động ở tốc độ vừa phải, dầu ISO VG 68 đến ISO VG 100 được bôi trơn đúng cách (thường là từ 8 đến 80 giờ tùy thuộc vào phương pháp) là đủ. Bôi trơn bằng cách ngâm, nhỏ giọt, phun dầu và các gói mỡ kín trọn đời phù hợp với các ứng dụng khác nhau, và việc lựa chọn đúng loại dầu cho hệ thống truyền động của bạn cũng quan trọng như chính loại dầu đó. Tại các xưởng gia công cơ khí hạng nặng ở Sheffield, nơi nhiệt độ môi trường dao động mạnh, việc đảm bảo chất bôi trơn không trở nên quá nhớt để có thể thấm vào khe hở giữa chốt và bạc lót trong điều kiện buổi sáng lạnh giá là một vấn đề thường bị bỏ qua.

Mỗi xích con lăn đều được đánh giá theo tải trọng làm việc tối đa cho phép và quan trọng hơn là giới hạn mỏi – tải trọng chu kỳ mà dưới đó sự hỏng hóc do mỏi về mặt lý thuyết sẽ được trì hoãn vô thời hạn. Mục tiêu là vận hành liên tục dưới giới hạn mỏi; việc vận hành xích vào vùng mỏi, ngay cả khi không liên tục, cũng sẽ tích lũy hư hỏng không thể khắc phục. Các kỹ sư không chỉ phải tính đến tải trọng truyền tải danh nghĩa mà còn cả tải trọng va đập và tải trọng động – các băng tải khởi động với tải trọng tối đa, các bộ truyền động thường xuyên đảo chiều, hoặc các hệ thống được kết nối với máy móc chuyển động tịnh tiến như máy nén piston sẽ chịu tải trọng đỉnh có thể gấp hai hoặc ba lần giá trị ổn định. Phương pháp hệ số dịch vụ ISO 10823 tồn tại chính xác để định lượng các động lực này và chuyển chúng thành việc lựa chọn xích phù hợp. Ví dụ, các xích con lăn quá tải trong ngành công nghiệp chế biến vật liệu xây dựng xung quanh Barnsley thường bị hỏng khi chưa đến một phần tư tuổi thọ tiềm năng của chúng vì việc lựa chọn kích thước ban đầu dựa trên công suất định mức của động cơ mà không áp dụng hệ số va đập thực tế.

Tốc độ quay của xích ảnh hưởng đến độ mài mòn thông qua hai cơ chế. Ở tốc độ cao, vận tốc va đập khi mỗi con lăn va vào răng nhông tăng lên, làm tăng ứng suất tiếp xúc tức thời và đẩy nhanh quá trình mài mòn con lăn và bạc lót. Ở tốc độ rất cao trong các hệ thống bôi trơn không đầy đủ, lực ly tâm đẩy chất bôi trơn ra khỏi xích làm trầm trọng thêm vấn đề. Số răng nhông có ảnh hưởng rất lớn: nhông nhỏ hơn với ít răng hơn tạo ra hiệu ứng đa giác sắc nét hơn — sự biến đổi tuần hoàn về vận tốc và hướng của xích được gọi là hiệu ứng tác động dây cung — tạo ra rung động và ứng suất động bổ sung với mỗi lần răng ăn khớp. Quy tắc chung được hầu hết các nhà sản xuất xích khuyến nghị là tối thiểu 17 răng trên nhông nhỏ hơn cho các hệ thống truyền động hoạt động liên tục, và lý tưởng là 21 răng trở lên để hoạt động trơn tru, ít rung động. Việc sử dụng nhông truyền động 9 răng trên băng tải tốc độ cao, như đôi khi thấy trong các thiết bị kho tự động cũ hơn xung quanh Milton Keynes, chắc chắn sẽ làm giảm tuổi thọ của xích xuống chỉ còn một phần nhỏ so với tuổi thọ mà một hệ thống truyền động được thiết kế đúng cách có thể đạt được.

Môi trường hoạt động đóng vai trò như một yếu tố nhân lên liên tục đối với tất cả các cơ chế mài mòn khác. Bụi khoáng mài mòn — có trong sản xuất xi măng xung quanh Rugby hoặc các hoạt động khai thác đá ở Peak District — bám vào màng bôi trơn và biến nó thành hợp chất mài mòn, làm mòn bề mặt chốt và bạc lót với hiệu quả tàn nhẫn. Độ ẩm thúc đẩy quá trình oxy hóa bề mặt, và ngay cả các màng oxit mỏng trong khe hở giữa chốt và bạc lót cũng hoạt động như các hạt mài mòn một khi chúng bị bong ra. Nhiệt độ khắc nghiệt tấn công độ nhớt của chất bôi trơn: quá nóng thì dầu loãng xuống dưới độ dày màng tối thiểu để tách thủy động; quá lạnh thì nó không thể thấm vào các khe hở hẹp trước khi máy nóng lên. Sự bắn tóe hóa chất có tính axit hoặc kiềm, thường gặp trong các nhà máy xử lý nước và nhà máy chế biến hóa chất nông nghiệp ở Lincolnshire, có thể phá hủy các lớp phủ bảo vệ bề mặt trong vòng vài tuần. Vỏ bọc, lớp bịt kín và đặc điểm kỹ thuật vật liệu phù hợp với môi trường là những biện pháp thiết kế chính để đối phó với môi trường bị ô nhiễm.

Một sợi xích được lắp đặt với độ căng ban đầu chính xác, các đĩa xích được căn chỉnh chuẩn xác và khoảng cách tâm chính xác sẽ luôn bền hơn một sợi xích tương tự được lắp đặt vội vàng. Độ căng ban đầu của xích là một vấn đề thường bị hiểu sai: xích con lăn không nên được lắp đặt quá chặt như dây đai. Độ chùng chính xác cho hệ truyền động nằm ngang là khoảng 2/5 khoảng cách tâm — căng hơn mức này sẽ tạo thêm tải trọng lên xích và ổ bi mà không mang lại lợi ích gì. Việc căn chỉnh đĩa xích rất quan trọng vì sự lệch trục ngang buộc các con lăn phải chạy trên các cạnh của răng đĩa xích thay vì nằm chính giữa khe răng, tạo ra tải trọng không đều trên chiều rộng của các mắt xích và gây mài mòn sớm cả xích và đĩa xích. Ngay cả sự lệch trục từ 1° đến 2° cũng có thể làm giảm tuổi thọ của xích từ 3/5 đến 5/5 trên hệ truyền động tải nặng. Dành thời gian để căn chỉnh đúng cách trong quá trình lắp đặt — sử dụng thước thẳng hoặc dụng cụ căn chỉnh bằng laser — sẽ mang lại lợi ích gấp nhiều lần trong suốt vòng đời hoạt động của xích.

Ngay cả trong điều kiện lý tưởng, xích con lăn vẫn bị mòn. Vấn đề là liệu sự mòn đó có được phát hiện và xử lý trước khi vượt quá ngưỡng nguy hiểm hay không. Việc đo độ giãn dài của xích thường xuyên — bằng dụng cụ đo độ mòn xích đã được hiệu chuẩn hoặc thước thép đơn giản so với số mắt xích đã biết — cho phép các đội bảo trì theo dõi tốc độ mòn và dự đoán nhu cầu thay thế trước khi xảy ra hỏng hóc. Hầu hết các nhà sản xuất khuyến nghị thay thế khi độ giãn dài đạt từ 1,5% đến 2% chiều dài bước răng danh nghĩa đối với các hệ thống truyền động tiêu chuẩn, và các ngưỡng nghiêm ngặt hơn — đôi khi thấp tới 0,5% đến 1% — đối với các ứng dụng định vị chính xác hoặc các hệ thống truyền động được ghép nối với hộp số đắt tiền, nơi việc bỏ sót xích có thể gây ra thiệt hại về sau trị giá hàng chục nghìn bảng Anh. Cùng với việc đo độ giãn dài của xích, việc kiểm tra độ mòn răng nhông cũng nên được thực hiện mỗi khi thay xích; nhông bị mòn sẽ làm tăng tốc độ mòn của xích mới đến mức tuổi thọ của xích mới chỉ bằng một phần nhỏ so với tuổi thọ dự kiến. Thay thế cả xích và nhông cùng nhau bất cứ khi nào có thể nhìn thấy sự mòn của nhông.