Hệ số tốc độ ndm (speed factor) là tích của tốc độ quay n (rpm) và đường kính vòng tâm bi dm (mm), biểu thị bằng mm·rpm, dùng để đánh giá khả năng tốc độ của vòng bi một cách tổng hợp hơn so với chỉ dùng rpm đơn thuần.
dm = (d + D) / 2, trong đó d là đường kính trong và D là đường kính ngoài. Ví dụ: vòng bi 6308 có d=40, D=90 → dm = 65 mm; tốc độ 3.000 rpm → ndm = 195.000 mm·rpm. Xem giới hạn ndm chi tiết theo từng loại tại bài tốc độ giới hạn vòng bi và chọn vòng bi cầu cho ứng dụng tốc độ cao. Theo SKF Rolling Bearings Catalogue, ndm là thông số chuẩn để so sánh khả năng tốc độ giữa các loại và kích thước vòng bi khác nhau — vòng bi cầu nhỏ chạy 20.000 rpm và vòng bi cầu lớn chạy 2.000 rpm có thể có ndm tương đương nếu tỷ số kích thước phù hợp.
Giới hạn ndm theo loại vòng bi
Giới hạn ndm phụ thuộc vào loại vòng bi, loại bôi trơn, và thiết kế vòng cách:
| Loại vòng bi | ndm với mỡ (×10³) | ndm với dầu (×10³) |
|---|---|---|
| Vòng bi cầu rãnh sâu (6xxx) | 300–600 | 600–900 |
| Vòng bi cầu tiếp xúc góc (7xxx) | 350–700 | 700–1.100 |
| Vòng bi con lăn trụ (NUxxx) | 200–450 | 400–700 |
| Vòng bi con lăn côn (302xx) | 150–300 | 300–500 |
| Vòng bi tang trống (222xx) | 100–200 | 200–350 |
| Vòng bi cầu (bi gốm Si₃N₄) | 800–2.000 | 1.500–3.000 |
Vượt giới hạn ndm: nhiệt độ vòng cách tăng vượt kiểm soát → vòng cách biến dạng hoặc vỡ → hỏng vòng bi đột ngột.
Ảnh hưởng của kích thước đến lựa chọn
Đây là điểm kỹ sư thường bỏ qua: khi tăng kích thước vòng bi để tăng tải C, ndm thực tế giảm xuống vì dm tăng. Ví dụ minh họa:
Trục 40 mm, tốc độ 8.000 rpm. Hai phương án:
- 6308 (d=40, D=90): dm=65, ndm=520.000 — dưới giới hạn mỡ 600.000 → OK
- 6316 C3 (d=80, D=170): cần bạc đệm, nhưng nếu giả định d=80: dm=125, ndm=1.000.000 — vượt giới hạn mỡ
Vòng bi lớn hơn có tải C cao hơn nhưng không phải lúc nào cũng phù hợp ở tốc độ cao. Giải pháp: giữ ndm trong giới hạn hoặc chuyển sang bôi trơn dầu.
Ví dụ thực tế: trục máy công cụ CNC
Trục spindle CNC dùng vòng bi 7210 B (d=50, D=90, B=20 mm, C=35,1 kN) với tốc độ tối đa 12.000 rpm. dm = (50+90)/2 = 70 mm. ndm = 12.000 × 70 = 840.000 mm·rpm.
Giới hạn ndm của 7210 B với mỡ: khoảng 600.000 → vượt ngưỡng. Giải pháp: dùng bôi trơn dầu phun (oil-jet lubrication) — giới hạn ndm tăng lên 1.100.000. Tại một nhà máy cơ khí chính xác ở Đồng Nai, sau khi chuyển từ mỡ sang dầu phun, nhiệt độ trục giảm từ 85°C xuống 62°C ở cùng tốc độ — tuổi thọ vòng bi tăng gấp đôi.