A megnövekedett kereslet a megbízhatóság javítása iránt az egész iparágban azt jelenti, hogy a mérnököknek figyelembe kell venniük berendezéseik minden alkatrészét.A csapágyrendszerek kritikus részei a gépnek, és meghibásodásuk katasztrofális és költséges következményekkel járhat.A csapágy kialakítása nagymértékben befolyásolja a megbízhatóságot, különösen extrém üzemi körülmények között, beleértve a magas vagy alacsony hőmérsékletet, a vákuum és a korrozív atmoszférát.Ez a cikk felvázolja azokat a szempontokat, amelyeket figyelembe kell venni a kihívást jelentő környezetek csapágyainak meghatározásakor, hogy a mérnökök biztosíthassák berendezéseik nagy megbízhatóságát és kiváló, hosszú élettartamú teljesítményét.

A csapágyrendszer számos elemet tartalmaz, például golyókat, gyűrűket, ketreceket és kenést.A szabványos csapágyak általában nem viselik el a zord környezeti körülményeket, ezért különös figyelmet kell fordítani az egyes alkatrészekre.A legfontosabb elemek a kenés, az anyagok és a speciális hőkezelés vagy bevonatok, és az egyes tényezők figyelembevételével a csapágyak az alkalmazáshoz a legjobban konfigurálhatók.

Magas hőmérsékleten üzemel

A magas hőmérsékletű alkalmazások, például a repülőgépipar működtetőrendszereiben használt alkalmazások kihívást jelenthetnek a szabványos csapágyak számára.Ezenkívül a hőmérséklet emelkedik a berendezésekben, mivel az egységek egyre kisebbek és megnövekszik a teljesítménysűrűségük, és ez problémát jelent az átlagos csapágyak számára.

Kenés

A kenés itt fontos szempont.Az olajoknak és zsíroknak a maximális üzemi hőmérsékletük van, amikor is elkezdenek lebomlani és gyorsan elpárologni, ami csapágymeghibásodáshoz vezet.A szabványos zsírokat gyakran 120°C körüli maximális hőmérsékletre korlátozzák, és néhány hagyományos magas hőmérsékletű zsír akár 180°C-os hőmérsékletet is képes ellenállni.

Azonban a még magasabb hőmérsékletet igénylő alkalmazásokhoz speciális fluortartalmú kenőzsírok állnak rendelkezésre, és 250°C-ot meghaladó hőmérséklet is elérhető.Ahol a folyékony kenés nem lehetséges, a szilárd kenés olyan opció, amely alacsony fordulatszámon, megbízható működést tesz lehetővé még magasabb hőmérsékleten.Ebben az esetben a molibdén-diszulfid (MOS2), a wolfram-diszulfid (WS2), a grafit vagy a politetrafluor-etilén (PTFE) ajánlott szilárd kenőanyagként, mivel ezek hosszabb ideig elviselik a nagyon magas hőmérsékletet.

Anyagok

Ha 300°C feletti hőmérsékletről van szó, speciális gyűrűs és golyós anyagok szükségesek.Az AISI M50 egy magas hőmérsékletű acél, amely általában ajánlott, mivel magas hőmérsékleten nagy kopás- és kifáradásállóságot mutat.A BG42 egy másik magas hőmérsékletű acél, amely 300°C-on jó melegkeménységgel rendelkezik, és általánosan előírják, mivel magas a korrózióállósága, és kevésbé érzékeny a kifáradásra és kopásra extrém hőmérsékleteken.

Magas hőmérsékletű ketrecekre is szükség van, és speciális polimer anyagokból, például PTFE-ből, poliimidből, poliamid-imidből (PAI) és poliéter-éter-ketonból (PEEK) szállíthatók.A magas hőmérsékletű olajkenésű rendszerekhez a csapágykosarakat bronzból, sárgarézből vagy ezüstözött acélból is lehet gyártani.

Bevonatok és hőkezelés

Fejlett bevonatok és felületkezelések alkalmazhatók a csapágyakra a súrlódás leküzdésére, a korrózió megelőzésére és a kopás csökkentésére, ezáltal javítva a csapágy teljesítményét magas hőmérsékleten.Például az acél ketreceket bevonhatjuk ezüsttel a teljesítmény és a megbízhatóság javítása érdekében.A kenőanyag meghibásodása/éhezés esetén az ezüstözött szilárd kenőanyagként működik, lehetővé téve a csapágy rövid ideig történő működését vagy vészhelyzetben.

Megbízhatóság alacsony hőmérsékleten

A skála másik végén az alacsony hőmérséklet problémát jelenthet a szabványos csapágyak esetében.

Kenés

Alacsony hőmérsékletű alkalmazásoknál, például -190°C körüli hőmérsékletű kriogén szivattyús alkalmazásoknál az olajkenések viaszossá válnak, ami a csapágy meghibásodását eredményezi.A szilárd kenőanyagok, mint például a MOS2 vagy a WS2 ideálisak a megbízhatóság növelésére.Ezen túlmenően ezekben az alkalmazásokban a szivattyúzott közeg kenőanyagként működhet, ezért a csapágyakat speciálisan úgy kell beállítani, hogy ezeken az alacsony hőmérsékleteken működjenek olyan anyagok felhasználásával, amelyek jól együttműködnek a közeggel.

Anyagok

A csapágyak kifáradási élettartamának és kopásállóságának javítására használható egyik anyag az SV30® – egy martenzitesen átedzett, magas nitrogéntartalmú, korrózióálló acél.A kerámia golyók is ajánlottak, mivel kiváló teljesítményt nyújtanak.Az anyag rejlő mechanikai tulajdonságai azt jelentik, hogy kiváló működést biztosítanak rossz kenési körülmények között, és sokkal alkalmasabb a megbízható működésre alacsony hőmérsékleten.

A ketrec anyagát is úgy kell megválasztani, hogy az a lehető legkopásállóbb legyen, és jó választás itt a PEEK, a poliklór-trifluor-etilén (PCTFE) és a PAI műanyag.

Hőkezelés

A gyűrűket speciálisan hőkezelni kell a méretstabilitás javítása érdekében alacsony hőmérsékleten.

Belső kialakítás

Az alacsony hőmérsékletű munkavégzés során további szempont a csapágy belső kialakítása.A csapágyakat sugárirányú játékkal tervezték, de a hőmérséklet csökkenésével a csapágyalkatrészek hőösszehúzódáson mennek keresztül, így a sugárirányú játék mértéke csökken.Ha működés közben a radiális játék szintje nullára csökken, az a csapágy meghibásodásához vezet.Az alacsony hőmérsékletű alkalmazásokra szánt csapágyakat szobahőmérsékleten nagyobb radiális játékkal kell megtervezni, hogy alacsony hőmérsékleten is elfogadható mértékű radiális játékot biztosítsanak.

A vákuum nyomásának kezelése

Ultra-nagy vákuumú környezetben, mint például az elektronika, a félvezetők és az LCD-k gyártásában, a nyomás 10-7 mbar alatt lehet.Az ultra-nagy vákuumú csapágyakat általában a gyártási környezetben működő működtető berendezésekben használják.Egy másik tipikus vákuum alkalmazás a turbomolekuláris szivattyúk (TMP), amelyek vákuumot állítanak elő a gyártási környezetekben.Ez utóbbi alkalmazásban a csapágyaknak gyakran nagy sebességgel kell működniük.

Kenés

A kenés ilyen körülmények között kulcsfontosságú.Ilyen nagy vákuumoknál a szokásos kenőzsírok elpárolognak és gáz is távozik, a hatékony kenés hiánya pedig csapágyhibát okozhat.Ezért speciális kenést kell alkalmazni.Nagy vákuumú környezetben (kb. 10-7 mbar-ig) PFPE zsírok használhatók, mivel sokkal nagyobb a párolgásállóságuk.Ultra-nagy vákuumú környezetben (10-9 mbar és az alatti) szilárd kenőanyagokat és bevonatokat kell használni.

Közepes vákuumkörnyezetekhez (körülbelül 10-2mbar), gondos tervezéssel és speciális vákuumzsír kiválasztásával olyan csapágyrendszerek alkalmazhatók, amelyek hosszú élettartamot biztosítanak, több mint 40 000 óra (körülbelül 5 év) folyamatos használat mellett, és nagy sebességgel működnek. elért.

Korrozióállóság

A korrozív környezetben való használatra szánt csapágyakat speciálisan kell konfigurálni, mivel potenciálisan ki lehetnek téve savaknak, lúgoknak és sós víznek, egyéb korrozív vegyszerek mellett.

Anyagok

Az anyagok létfontosságúak a korrozív környezetekben.A szabványos csapágyacélok könnyen korrodálódnak, ami a csapágyak korai meghibásodásához vezet.Ebben az esetben az SV30 gyűrűanyagot kerámia golyókkal kell figyelembe venni, mivel ezek nagyon ellenállnak a korróziónak.Valójában a tanulmányok kimutatták, hogy az SV30 anyag sokszor hosszabb ideig bírja, mint a többi korrózióálló acél sópermettel végzett környezetben.Az ellenőrzött sópermetes tesztek során az SV30 acélon csak enyhe korróziós jelek mutatkoznak 1000 órás sópermetes vizsgálat után (lásd az 1. ábrát), és az SV30 magas korrózióállósága jól látható a tesztgyűrűkön.Speciális kerámia golyós anyagok, például cirkónium-oxid és szilícium-karbid is használhatók a csapágyak korrozív anyagokkal szembeni ellenállásának további növelésére.

Hozzon ki többet a médiakenésből

A végső kihívást jelentő környezetet azok az alkalmazások jelentik, ahol a közeg kenőanyagként működik, például hűtőközegek, víz vagy hidraulikafolyadékok.Ezekben az alkalmazásokban az anyag a legfontosabb szempont, és gyakran az SV30 – kerámia hibrid csapágyakat találták a legpraktikusabb és legmegbízhatóbb megoldásnak.

Következtetés

Az extrém környezetek számos működési kihívást jelentenek a szabványos csapágyak számára, így azok idő előtt meghibásodnak.Ezekben az alkalmazásokban a csapágyakat gondosan kell beállítani, hogy megfeleljenek a célnak, és kiváló, hosszú élettartamú teljesítményt nyújtsanak.A csapágyak nagy megbízhatóságának biztosítása érdekében különös figyelmet kell fordítani a kenésre, az anyagokra, a felületi bevonatokra és a hőkezelésre.