Nieuwe draag-getalberekeningen geeft lagers  NSK langere levensduur

NSK heeft een nieuwe methode gevonden om de levensduur van rollagers nauwkeurig te voorspellen. Gebaseerd op de maat en de hoeveelheid niet-metallische insluitsels in het gebruikte staal. ‘Binnen afzienbare tijd zullen NSK’s hoekcontactkogellagers, cilinderrollagers, diepgroefkogellagers en kegellagers stuk voor stuk worden geleverd met een langere levensduur, mogelijk zelfs een dubbele, als gevolg van deze geoptimaliseerde dynamische draaggetallen’, aldus het bedrijf.

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 de miljoen omwentelingen probleemloos moeten 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 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.

Computermodellen

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.

Interne onderzoek heeft volgens NSK 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.

Breukmechanica

De Kyushu Universiteit (Japan) ontwierp samen met het bedrijf een kwantitatieve evaluatiemethode waarmee bepaald kan worden welke factoren het proces van scheurgroei in een materiaal beïnvloeden en in welke mate. Door deze methode te combineren met een ultrasone inspectietechniek die de niet-metallische insluitingen in een groot volume staal scant, kan NSK de levensduur van zijn lagers veel nauwkeuriger voorspellen. ‘Als direct gevolg hiervan hebben we 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’, aldus het bedrijf. ‘Met deze herziening is de geschatte levensduur van bijvoorbeeld radiale rollagers twee keer zo lang als voorheen.’

Kleinere lagers, zelfde functie

Naarmate de dynamische basis draaggetallen van lagers verbeteren, worden ze geschikt voor gebruik onder hogere belastingcondities, wat betekent dat je nu kleinere lagers kunt kiezen voor plekken waar eerst grotere tegenhangers nodig leken. Dit leidt tot verkleining van de machine en vermindering van het gewicht.