Độ rung và Độ ồn của vòng bi tròn
7/3/2017  Nguyễn V. Công – DAL VIETNAM Bearings jsc
 


(upper limit = điểm giới hạn trên;
start point = điểm bắt đầu;
lower limit = điểm giới hạn dưới;
displacement = độ dịch chuyển)
 
Các vòng và hạt bi không tròn tuyệt đối và hạt bi cùng các rãnh quay, sau khi được mài giũa, đánh bóng hoàn hảo nhất thì cũng không trơn tru tuyệt đối. Vẫn có những lỗi vô tình xảy ra, hoặc mặt không thể nhẵn trơn hoàn toàn sẽ làm 1 vòng xoay chệch ra hoặc lắc theo chiều dọc so với vòng kia. Độ lớn và tốc độ của chuyển động này sẽ gây ra độ rung lắc hoặc độ ồn của vòng bi. Độ êm của vòng bi có thể xác định bằng các Gia tốc kế (Accelerometers) để đo  độ rung tại vòng ngoài của vòng bi, thông thường khi tốc độ vòng trong khoảng 1800v/ph. Để hiểu độ rung của vòng bi được đo thế nào, quan trọng là phải hiểu sự rung diễn ra thế nào. Khi tiến hành đo độ rung của vòng bi, chúng ta cần phải đưa vào phép tính cả độ dịch chuyển và tần số rung bởi 2 đại lượng này đồng thời sẽ cho ta biết nhiều điều hơn nữa.
Trị số dao động khi rung lắc được gọi là độ dịch chuyển (displacement). Khi vòng ngoài của vòng bi rung lắc, bề mặt ngoài sẽ chuyển động hướng lên điểm giới hạn phía trên, sau đó hướng xuống điểm giới hạn phía dưới và quay trở lại điểm xuất phát ban đầu. Đại lượng đo được giữa điểm trên nhất và điểm dưới nhất được gọi là từ đỉnh đến đỉnh của dịch chuyển. Toàn bộ chuyển động rung lắc từ điểm bắt đầu qua điểm gới hạn trên cùng và dưới cùng và quay lại điểm bắt đầu được gọi là 1 chu kỳ. Chu kỳ rung này sẽ được lặp lại liên tục khi vòng bi quay. Chúng ta còn có thể đo số lượng hay trị số các chu kỳ này trong khoảng thời gian nhất định - đó là tần số rung. Tần số rung thường được biểu thị bằng số chu kỳ theo giây (CpS) hoặc Hz.
Sự rung lắc về lâu dài sẽ gây ra hư hỏng vòng bi và thiết bị được lắp vòng bi đó, làm giảm độ bền. Độ rung trong vòng bi hoặc trong máy thường diễn ra ở nhiều tần số khác nhau và tất cả chúng làm giảm độ bền nên ta phải đo được tất cả các tần số rung trong giá trị đo đạc độ rung. Chúng ta có thể có được thông số này qua việc đo vận tốc rung.


Tốc độ rung (Vibration velocity) hay tần số dịch chuyển cho chúng ta chỉ báo quan trọng về mức độ nghiêm trọng của độ rung lắc. Nếu các thành phần của vòng bi dịch chuyển trong khoảng cách nhất định (độ dịch chuyển) theo một tốc độ nhất định (tần số) thì nó phải chuyển động ở tốc độ nhất định. Trị số tốc độ rung lắc càng cao, thì độ ồn càng lớn. Tốc độ rung lắc được đo trên máy thử độ rung vòng bi theo Micron/giấy hoặc Máy đo Anderon tính theo Anderon. 1 Anderon = 7.5 microns/giấy. Các thông số được chia làm 3 mức: thấp (50 – 300 Hz); trung bình (300 – 1800 Hz) và cao (1800 – 10000 Hz). Chỉ số này thường được đo bằng máy BVT-1 và được phân loại theo hệ số dung sai tốc độ rung V (V1, V2, V3 và V4) đo bằng Micron/s. Đây là cách đo thông dụng nhất cho vòng bi tròn loại nhỏ chạy tốc độ cao trong động cơ điện (EMQ).
 
Mặc dù tốc độ rung chỉ ra khả năng giảm độ bền vòng bi, độ mạnh của rung lắc có thể gây ra biến dạng hạt bi và các vòng bi, và có thể bị hỏng nhiều hơn ở tần số rung lắc mạnh trong khi các chỉ số tốc độ có thể nhỏ. Vì lý do đó, chúng ta cũng phải đo gia tốc rung. Gia tốc rung (Vibration acceleration) là chỉ sô độ mạnh (cường độ) rung lắc (độ mạnh = khối lượng x gia tốc) và khi độ rung mạnh gây ra hỏng ở tần số cao, gia tốc rung là một chỉ số hữu dụng khi vòng bi phải chịu đựng tần số rung ở mức 2000 Hz trở lên. Gia tốc rung được đo theo G (9.81 m/s²) nhưng bạn sẽ thường thấy các chỉ số này theo decibels (dB). Thang đo decibel thường được phân loại theo hệ số Z (Z1, Z2, Z3 và Z4) tức gia tốc rung tối đa đo bằng dB. Chỉ số này được đo bằng máy S0910-1.
 
Có 3 mức tiêu chuẩn cho vòng bi phẩm cấp động cơ điện EMQ (Electric Motor Quality): EMQ (ZV2); EMQ2 (ZV3) và loại êm nhất EMQ3 (ZV4);
 
Nên nhớ, các chỉ số này độc lập với Độ chính xác của vòng bi (thang P); Ví dụ: vòng bi cấp độ chính xác P6 có thể được sản xuất theo 3 tiêu chuẩn độ ồn như trên.
 
Chỉ số độ ồn thấp có được nếu ta chú trọng đến công tác hoàn thiện bề mặt rãnh vòng bi và hạt bi, độ thô ráp của các vòng và hạt bi cũng như quang (rế) bi được thiết kế chính xác. 
Để giảm độ ồn hơn nữa, có các loại mỡ giảm ồn và việc chọn lựa đúng chủng loại và tiêu chuẩn kỹ thuật mỡ hiện nay còn quan trọng hơn việc cố gắng hoàn thiện kỹ thuật máy móc sản xuất. Các loại mỡ ngày càng được tinh lọc hơn và các hạt rắn trong đó ngày càng ít và nhỏ hơn. Các hạt này thường gây ra tiếng ồn khi chúng chạy giữa hạt bi va rãnh bi khi vận hành.
Các yết tố bên ngoài như sự rung lắc xung quanh có thể ảnh hưởng đến độ ồn của vòng bi. Một vấn đề nữa, đặc biệt liên quan đến loại vòng bi nhỏ và mỏng, đó là sự biến dạng của vòng gây ra bởi trục bi kém hay độ tròn thân bi. Bẩn và bui tích trong cũng làm tăng độ ồn và rung. Kỹ thuật lắp bi không đúng hay chỉnh bi không chuẩn cũng gây hỏng, gây shock tải trọng và vì vậy, gây ra các vết xước hay lõm trong lòng rãnh bi.
Bảng thông số Z và V.
Bảng thông số mớ vòng bi.