12.3 การคำนวณอายุการใช้งาน

สูตรการคำนวณอายุการใช้งาน

สำหรับลูกกลิ้งและลูกเข็ม

L = a · (C_eff / P)^10/3 · 10⁵ m

สำหรับลูกบอล

L = a · (C_eff / P)³ · 10⁵ m

a = ปัจจัยความน่าจะเป็นของเหตุการณ์

C_eff = ความสามารถรับภาระที่มีประสิทธิภาพต่อองค์ประกอบกลิ้ง (N)

P = ภาระเทียบเท่าแบบพลวัต (N)

L = อายุการใช้งานระบุ (m)

ปัจจัยความน่าจะเป็นของเหตุการณ์ a

ความสามารถรับภาระของตลับลูกปืนสัมผัสแบบลูกกลิ้งเป็นไปตามมาตรฐาน DIN ISO ค่านี้แสดงถึงค่าในการคำนวณอายุการใช้งานที่มีความน่าจะเป็น 90% ที่จะเกินระหว่างการใช้งานรางนำ

หากความน่าจะเป็นทางทฤษฎีของอายุการใช้งาน 90% ที่กล่าวถึงข้างต้นยังไม่เพียงพอ ค่าอายุการใช้งานต้องถูกปรับด้วยปัจจัย a

ความน่าจะเป็นของเหตุการณ์ (%)	90	95	96	97	98	99
ปัจจัย a	1	0.62	0.53	0.44	0.33	0.21

ความสามารถรับภาระที่มีประสิทธิภาพ C_eff

ปัจจัยภายนอก (เช่น ความแข็งของราง และอุณหภูมิ) อาจลดความสามารถรับภาระ C ซึ่งหมายความว่าต้องคำนวณ C_eff

C_eff = f_H · f_T · C

C_eff = ความสามารถรับภาระที่มีประสิทธิภาพต่อองค์ประกอบกลิ้ง หน่วย N

f_H = ปัจจัยความแข็ง

f_T = ปัจจัยอุณหภูมิ

C = ความสามารถรับภาระสูงสุดที่อนุญาตต่อองค์ประกอบกลิ้ง หน่วย N

ปัจจัยความแข็ง f_H

วัสดุที่เบี่ยงเบนจากสภาวะมาตรฐาน (HRC 58-62) ในรางนำแบบไม่มีแรงเสียดทานสามารถบันทึกได้ด้วยปัจจัย f_H:

ความแข็งรางนำ (HRC)	20	30	40	50	55	56	57	58-62
ปัจจัยความแข็ง f_H	0.1	0.2	0.3	0.6	0.8	0.88	0.95	1

ปัจจัยอุณหภูมิ f_T

อุณหภูมิที่สูงขึ้นส่งผลต่อสภาวะการทำงาน (คุณสมบัติของวัสดุ) และต้องพิจารณาโดยใช้ปัจจัย f_T

อุณหภูมิรางนำ (°C)	≤ 150	200	250	300
ปัจจัยอุณหภูมิ f_T	1	0.9	0.75	0.6

ตัวอย่างการคำนวณ C_eff

สภาวะที่กำหนด:

ประเภทรางนำ R6
ความแข็ง 58-62 HRC ⇒ f_H = 1
อุณหภูมิ 200°C ⇒ f_T = 0.9
กรง AA 6 ⇒ C = 530 N (ต่อลูกกลิ้ง)

C_eff = f_H · f_T · C = 1 · 0.9 · 530 = 477 N

ภาระเทียบเท่าแบบพลวัต P

ภาระ (F) ที่กระทำต่อระบบรางนำแนวเส้นตรงจะมีการเปลี่ยนแปลงบ่อยครั้งระหว่างการทำงาน ควรพิจารณาสถานการณ์นี้เมื่อคำนวณอายุการใช้งาน การดูดซับภาระที่แตกต่างกันของรางนำภายใต้สภาวะการทำงานที่แตกต่างกันระหว่างระยะทางเดินทางอธิบายไว้เป็นภาระเทียบเท่าแบบพลวัต P

ภาระแบบขั้นบันได

สำหรับลูกกลิ้งและลูกเข็ม:

P = ^10/3√[(1/L) · (F₁^10/3 · L₁ + F₂^10/3 · L₂ + ... + F_n^10/3 · L_n)]

สำหรับลูกบอล:

P = ³√[(1/L) · (F₁³ · L₁ + F₂³ · L₂ + ... + F_n³ · L_n)]

ภาระแบบไซนัสซอยด์

P = 0.7 · F_max

P = ภาระเทียบเท่า (N)

F₁...F_n = ภาระแต่ละค่าระหว่างระยะทางบางส่วน L₁...L_n (N)

F_max = ภาระสูงสุด (N)

L = L₁ + ... + L_n = ระยะทางรวมในหนึ่งรอบภาระ (mm)

L₁...L_n = ระยะทางบางส่วนระหว่างรอบภาระสำหรับภาระแต่ละค่า (mm)

ตัวอย่างการคำนวณอายุการใช้งาน

ตัวอย่าง: รางนำแนวเส้นตรง RNG 6-300 กับกรง KBN 6

1. สภาวะที่กำหนด

ความน่าจะเป็นของเหตุการณ์	97% ปัจจัยที่สอดคล้อง a = 0.44
ความสามารถรับภาระพลวัตต่อลูกกลิ้ง	1,800 N
จำนวนลูกกลิ้ง	16
ความสามารถรับภาระรวมของรางนำ	16 × 1,800 N = 28,800 N
ภาระที่ใช้	P = 10,000 N

2. การคำนวณอายุการใช้งานในหน่วยเมตร

ใช้สูตร:

L = a · (C_eff / P)^10/3 · 10⁵

แทนค่า:

L = 0.44 · (28,800 N / 10,000 N)^10/3 · 10⁵

L = 0.44 · (2.88)^10/3 · 10⁵

ผลลัพธ์การคำนวณ:

L = 1,495,412 m

อายุการใช้งาน ≈ 1.5 ล้านเมตร

3. การแปลงเป็นชั่วโมงการทำงาน

หากต้องการแสดงอายุการใช้งานในหน่วยชั่วโมง ต้องใช้พารามิเตอร์ต่อไปนี้:

H = ระยะทางต่อหนึ่งระยะชัก (เมตร)
t = เวลาในการเสร็จสิ้นหนึ่งระยะชัก (วินาที)

สูตรการคำนวณอายุการใช้งาน (ชั่วโมง):

L_h = (L · t) / (H · 3,600)

ปัจจัยแก้ไข R_tmin

ในส่วนก่อนหน้า เราได้อธิบายวิธีการคำนวณอายุการใช้งานตามความสามารถรับภาระที่กำหนดและภาระจริง ในกระบวนการนี้ ต้องพิจารณาจำนวนองค์ประกอบกลิ้งรับภาระ (R_t) ต่อกรง

สิ่งสำคัญอีกประการคือการประเมินพฤติกรรมของโครงสร้างโดยรอบในการถ่ายทอดแรงไปยังรางนำแบบไม่มีแรงเสียดทาน การเสียรูปแบบยืดหยุ่นหรือข้อผิดพลาดทางเรขาคณิตในเครื่องมือเครื่องจักรส่งผลให้เพียงส่วนหนึ่งขององค์ประกอบกลิ้งที่ติดตั้งสามารถดูดซับภาระได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การกำหนด R_tmin

ในการกำหนด R_tmin ต้องประเมินความแข็งแกร่งของโครงสร้างการเชื่อมต่อตามประสบการณ์ที่ผ่านมา:

A = โครงสร้างแข็งแกร่ง

δ_S ≤ 0.1 · δ_A

B = โครงสร้างปกติ

δ_S > δ_A

นิยามพารามิเตอร์

δ_S	การเสียรูปของโครงสร้างการเชื่อมต่อ หน่วย µm
δ_A	การเสียรูปขององค์ประกอบกลิ้งรวมถึงรางนำ หน่วย µm (ดูบทที่ 12.5)
F	ภาระ หน่วย N
X	ระยะแขนคานบนแกน x หน่วย mm
K_t	ความยาวกรงรับภาระ หน่วย mm
R_t	จำนวนลูกกลิ้งรับภาระ
R_tmin	ปัจจัยแก้ไข

แผนภูมิการคำนวณ R_tmin

คำอธิบายแผนภูมิ:

เส้นโค้ง A: โครงสร้างแข็งแกร่ง
เส้นโค้ง B: โครงสร้างปกติ
แกน X: อัตราส่วน X/K_t
แกน Y: ค่า R_t (R_t/2, R_t/4 เป็นต้น)

ค่า R_tmin สำหรับประเภทองค์ประกอบกลิ้งต่างๆ

สำหรับ R_tmin ใช้ค่าต่อไปนี้	ประเภทองค์ประกอบกลิ้ง	ประเภทกรง
2	ลูกบอล	AK
1	ลูกกลิ้ง	AA, AC, EE, KBN และ KBS
5	ลูกเข็ม	SHW และ HW
0.5	ชุดรีเซอร์คิวเลตติ้งพร้อมลูกกลิ้ง	SR และ NRT
1	ชุดรีเซอร์คิวเลตติ้งพร้อมลูกบอล	SK, SKD และ SKC