Zvýšený dopyt po zlepšení spoľahlivosti v celom odvetví znamená, že inžinieri musia zvážiť všetky komponenty svojich zariadení.Ložiskové systémy sú kritickými časťami stroja a ich zlyhanie by mohlo mať katastrofálne a nákladné následky.Konštrukcia ložiska má zásadný vplyv na spoľahlivosť, najmä v extrémnych prevádzkových podmienkach vrátane vysokých alebo nízkych teplôt, vákua a korozívnej atmosféry.Tento článok načrtáva úvahy, ktoré treba vziať do úvahy pri špecifikácii ložísk do náročných prostredí, aby inžinieri mohli zabezpečiť vysokú spoľahlivosť a vynikajúci výkon s dlhou životnosťou svojich zariadení.

Ložiskový systém obsahuje mnoho prvkov vrátane guľôčok, krúžkov, klietok a napríklad mazania.Štandardné ložiská zvyčajne neobstoja v náročných podmienkach, a preto je potrebné venovať osobitnú pozornosť jednotlivým častiam.Najdôležitejšími prvkami sú mazanie, materiály a špeciálne tepelné spracovanie alebo nátery a pri pohľade na každý faktor možno ložiská najlepšie nakonfigurovať pre danú aplikáciu.

Prevádzka pri vysokej teplote

Vysokoteplotné aplikácie, ako sú tie, ktoré sa používajú v ovládacích systémoch v leteckom priemysle, môžu predstavovať výzvy pre štandardné ložiská.Okrem toho teploty v zariadeniach stúpajú, pretože jednotky sú čoraz menšie a majú zvýšenú hustotu výkonu, čo predstavuje problém pre priemerné ložisko.

Mazanie

Tu je dôležité brať do úvahy mazanie.Oleje a mazivá majú maximálne prevádzkové teploty, pri ktorých sa začnú rýchlo rozkladať a vyparovať, čo vedie k poruche ložísk.Štandardné mazivá sú často obmedzené na maximálnu teplotu okolo 120 °C a niektoré konvenčné vysokoteplotné mazivá sú schopné odolať teplotám až do 180 °C.

Avšak pre aplikácie, ktoré vyžadujú ešte vyššie teploty, sú k dispozícii špeciálne fluórované mazacie tuky a sú dosiahnuteľné teploty presahujúce 250 °C.Tam, kde nie je možné tekuté mazanie, je tu možnosť mazania, ktorá umožňuje spoľahlivú prevádzku pri nízkych otáčkach pri ešte vyšších teplotách.V tomto prípade sa ako tuhé mazivá odporúčajú disulfid molybdénu (MOS2), sulfid volfrámový (WS2), grafit alebo polytetrafluóretylén (PTFE), pretože dokážu tolerovať veľmi vysoké teploty po dlhšiu dobu.

Materiály

Pri teplotách nad 300 °C sú potrebné špeciálne materiály krúžkov a guľôčok.AISI M50 je vysokoteplotná oceľ, ktorá sa zvyčajne odporúča, pretože vykazuje vysokú odolnosť proti opotrebovaniu a únave pri vysokých teplotách.BG42 je ďalšia vysokoteplotná oceľ, ktorá má dobrú tvrdosť za tepla pri 300 °C a je bežne špecifikovaná, pretože má vysokú úroveň odolnosti proti korózii a je tiež menej náchylná na únavu a opotrebovanie pri extrémnych teplotách.

Vyžadujú sa aj vysokoteplotné klietky a môžu byť dodané v špeciálnych polymérnych materiáloch vrátane PTFE, Polyimidu, Polyamid-imidu (PAI) a Polyéter-éter-ketónu (PEEK).Pre vysokoteplotné olejom mazané systémy môžu byť ložiskové klietky vyrobené aj z bronzu, mosadze alebo postriebrenej ocele.

Nátery a tepelné spracovanie

Na ložiská je možné aplikovať pokročilé nátery a povrchové úpravy na boj proti treniu, zabránenie korózii a zníženie opotrebovania, čím sa zlepší výkon ložísk pri vysokých teplotách.Napríklad oceľové klietky môžu byť potiahnuté striebrom, aby sa zlepšil výkon a spoľahlivosť.V prípade zlyhania/hladovania maziva pôsobí postriebrenie ako tuhé mazivo, ktoré umožňuje, aby ložisko bežalo na krátky čas alebo v núdzovej situácii.

Spoľahlivosť pri nízkych teplotách

Na druhom konci stupnice môžu byť nízke teploty problematické pre štandardné ložiská.

Mazanie

Pri nízkoteplotných aplikáciách, napríklad pri kryogénnych čerpacích aplikáciách s teplotami v oblasti -190 °C, sa olejové mazivá stávajú voskovými, čo vedie k poruche ložísk.Tuhé mazanie ako MOS2 alebo WS2 je ideálne na zlepšenie spoľahlivosti.Okrem toho v týchto aplikáciách môže čerpané médium pôsobiť ako mazivo, takže ložiská musia byť špeciálne nakonfigurované na prevádzku pri týchto nízkych teplotách s použitím materiálov, ktoré dobre spolupracujú s médiami.

Materiály

Jedným z materiálov, ktoré možno použiť na zlepšenie únavovej životnosti a odolnosti ložiska proti opotrebovaniu, je SV30® – martenzitická priebežne kalená oceľ s vysokým obsahom dusíka odolná voči korózii.Odporúčajú sa aj keramické guličky, pretože poskytujú vynikajúci výkon.Vlastné mechanické vlastnosti materiálu znamenajú, že poskytujú vynikajúcu prevádzku v zlých podmienkach mazania a je oveľa vhodnejší na spoľahlivú prevádzku pri nízkych teplotách.

Materiál klietky by sa mal zvoliť tak, aby bol čo najodolnejší voči opotrebeniu a medzi dobré možnosti tu patria plasty PEEK, polychlórtrifluóretylén (PCTFE) a PAI.

Tepelné spracovanie

Krúžky by mali byť špeciálne tepelne spracované, aby sa zlepšila rozmerová stálosť pri nízkych teplotách.

Vnútorný dizajn

Ďalším aspektom pre prácu pri nízkych teplotách je vnútorný dizajn ložiska.Ložiská sú konštruované s určitou radiálnou vôľou, ale so znižovaním teploty komponenty ložiska podliehajú tepelnej kontrakcii, a preto sa veľkosť radiálnej vôle znižuje.Ak sa úroveň radiálnej vôle počas prevádzky zníži na nulu, dôjde k poruche ložiska.Ložiská, ktoré sú určené pre aplikácie pri nízkych teplotách, by mali byť navrhnuté s väčšou radiálnou vôľou pri izbových teplotách, aby sa umožnila prijateľná úroveň prevádzkovej radiálnej vôle pri nízkych teplotách.

Manipulácia s tlakom vákua

V prostrediach s ultravysokým vákuom, ako sú tie, ktoré sú prítomné vo výrobe elektroniky, polovodičov a LCD, môže byť tlak nižší ako 10-7 mbar.Ložiská s ultravysokým vákuom sa zvyčajne používajú v ovládacích zariadeniach vo výrobnom prostredí.Ďalšou typickou aplikáciou vákua sú turbomolekulárne čerpadlá (TMP), ktoré vytvárajú vákuum pre výrobné prostredie.V tejto poslednej aplikácii sa často vyžaduje, aby ložiská pracovali pri vysokej rýchlosti.

Mazanie

Mazanie v týchto podmienkach je kľúčové.Pri takomto vysokom vákuu sa štandardné mazacie tuky vyparujú a tiež uvoľňujú plyny a nedostatok účinného mazania môže viesť k poruche ložísk.Preto je potrebné použiť špeciálne mazanie.Pre prostredie s vysokým vákuom (až do približne 10-7 mbar) možno použiť mazivá PFPE, pretože majú oveľa vyššiu odolnosť proti vyparovaniu.Pre prostredie s ultra vysokým vákuom (10-9 mbar a menej) je potrebné použiť tuhé mazivá a nátery.

Pre prostredie so stredným vákuom (okolo 10-2 mbar), so starostlivým dizajnom a výberom špeciálneho vákuového maziva, môžu byť ložiskové systémy, ktoré poskytujú dlhú životnosť viac ako 40 000 hodín (približne 5 rokov) nepretržitého používania a pracujú pri vysokých rýchlostiach. dosiahnuté.

Odolnosť proti korózii

Ložiská, ktoré sú určené na použitie v korozívnom prostredí, musia byť špeciálne nakonfigurované, pretože môžu byť okrem iných korozívnych chemikálií vystavené kyselinám, zásadám a slanej vode.

Materiály

Materiály sú životne dôležité pre korozívne prostredie.Štandardné ložiskové ocele ľahko korodujú, čo vedie k skorému zlyhaniu ložísk.V tomto prípade je potrebné zvážiť materiál krúžkov SV30 s keramickými guľôčkami, pretože sú vysoko odolné voči korózii.Štúdie v skutočnosti ukázali, že materiál SV30 môže vydržať mnohonásobne dlhšie ako iná nehrdzavejúca oceľ v prostredí soľnej hmly.V kontrolovaných testoch soľným postrekom oceľ SV30 vykazuje len mierne známky korózie po 1 000 hodinách testovania soľným postrekom (pozri graf 1) a vysoká odolnosť proti korózii SV30 je jasne viditeľná na testovacích krúžkoch.Na ďalšie zvýšenie odolnosti ložiska voči korozívnym látkam možno použiť aj špeciálne keramické guľôčkové materiály, ako je oxid zirkoničitý a karbid kremíka.

Získajte viac z mazania médií

Posledným náročným prostredím sú aplikácie, kde médiá pôsobia ako mazivo, napríklad chladivá, voda alebo hydraulické kvapaliny.Vo všetkých týchto aplikáciách je materiál najdôležitejším faktorom a často sa zistilo, že hybridné ložiská SV30 – keramické poskytujú najpraktickejšie a najspoľahlivejšie riešenie.

Záver

Extrémne prostredia predstavujú pre štandardné ložiská mnoho prevádzkových problémov, čo spôsobuje ich predčasné zlyhanie.V týchto aplikáciách by mali byť ložiská starostlivo nakonfigurované tak, aby vyhovovali účelu a poskytovali vynikajúci dlhotrvajúci výkon.Na zabezpečenie vysokej spoľahlivosti ložísk je potrebné venovať osobitnú pozornosť mazaniu, materiálom, povrchovým náterom a tepelnému spracovaniu.