Doorbraak bij draag-getalberekeningen van NSK
Als eerste ter wereld heeft NSK een nieuwe methode geïntroduceerd om de levensduur van rollagers nauwkeurig te voorspellen. Gebaseerd op de maat en de hoeveelheid niet-metallische insluitsels in het gebruikte staal.
www.nskeurope.com
In de naaste toekomst zullen NSK's hoekcontactkogellagers, cilinderrollagers, diepgroefkogellagers (foto) en kegellagers allemaal een langere levensduur krijgen.
Draaggetallen worden berekend op basis van de ISO 281:2007 norm, die stelt dat als een partij identieke lagers wordt getest, negen van de tien lagers moeten de miljoen omwentelingen probleemloos doorstaan. ISO 281 staat onder bepaalde omstandigheden een verlenging van de levensduur toe, maar in het verleden moesten bij elke wijziging aan het lager een nieuwe serie tests worden uitgevoerd. NSK heeft nu daarentegen een niet-destructieve testmethode ontwikkeld voor dit soort situaties, waardoor verdere tests achterwege kunnen blijven en de eindgebruiker kan profiteren van een fundamentele verlenging van de levensduur van zijn lagers.
Over het algemeen wordt uitgegaan van de bestaande catalogus van een fabrikant om de levensduur te berekenen. Daarnaast kunnen de externe belastingen en de lagerinformatie worden ingevoerd in een berekeningsprogramma. De basisberekening wordt echter nog steeds uitgevoerd volgens ISO 281. Dit type berekening is wereldwijd de standaard geworden. Echter, sinds de ontwikkeling en introductie van de methoden om de levensduur van lagers te bepalen (in 1962), is er zowel wat betreft de zuiverheid van het toegepaste materiaal als de productiemogelijkheden veel verbeterd. Het gevolg is dat de werkelijke levensduur van een lager vaak veel langer is dan de levensduur die wordt gesuggereerd door de tests.
De oplossing van NSK lag in het simplificeren van zaken. Door gebruik te maken van computergestuurde modellen naast empirische tests met als uitgangspunt dat deze modellen worden gebruikt als een digital twin. Het uiteindelijke doel is levensduurtesten met echte, fysieke lagers overbodig te maken en veranderingen in dynamische draaggetalwaarden te bepalen door louter digitale evaluaties.
NSK's eigen interne onderzoek heeft aangetoond dat de samenstelling en kwaliteit van het lagerstaal, met name het deel dat bestaat uit niet-metallische onzuiverheden, een enorme invloed heeft op de levensduur van een lager en zelfs een nauwkeuriger indicator is van de levensduur dan de bestaande ISO 281 berekeningsmethoden. NSK ingenieurs realiseerden zich dat een evaluatiemethode op basis van breukmechanica (een tak van de mechanica die zich bezighoudt met het onderzoek naar de voortplanting van scheuren in materialen) een betekenisvoller inzicht zou kunnen verschaffen.
NSK werkte hierbij samen met de Kyushu Universiteit in Japan. Die samen met het bedrijf de ontwikkeling van een kwantitatieve evaluatiemethode ontwierp. waarmee bepaald kan worden welke factoren het proces van scheurgroei in een materiaal beïnvloeden en in welke mate. Met name door de nieuwe methode te combineren met een ultrasone inspectietechniek die de niet-metallische insluitingen in een groot volume staal scant, ontdekte NSK dat het hiermee de levensduur van zijn lagers veel nauwkeuriger kon voorspellen.Als direct gevolg hiervan heeft NSK de basis dynamische draaggetallen van vele lagers kunnen herzien zonder aanpassing van het ontwerp of de materialen, terwijl nog steeds de juiste veiligheidsmarge wordt toegepast op de verhoogde waarden. Met deze herziening is de geschatte levensduur van bijvoorbeeld radiale rollagers twee keer zo lang als voorheen.
Beter nog, naarmate de dynamische basis draaggetallen van lagers verbeteren, worden ze geschikt voor gebruik onder hogere belastingcondities, wat betekent dat bedrijven nu keuze hebben uit kleinere lagers die nog steeds op dezelfde wijze functioneren als hun grotere tegenhangers. Duidelijke voordelen zijn verkleining van de machine en vermindering van het gewicht.
Eindgebruikers kunnen erop vertrouwen dat de nieuwe waarden voor de levensduur van de lagers worden bepaald op basis van een zorgvuldig bestudeerde methodologie. ondersteund door een uitgebreide empirische database. Alle nieuwe, en fundamenteel hogere, waarden zullen binnen het veilige bereik liggen. Onderzoekers en ontwikkelaars van NSK gebruikten een kwantitatieve evaluatiemethode om te bepalen welke factoren, naast het aantal en de grootte van onzuiverheden, het proces van scheurgroei in een rollagerstaal beïnvloeden en in welke mate. Computers met extreme rekenkracht werden gebruikt om simulaties uit te voeren en te analyseren.
