Zvýšená poptávka po zlepšení spolehlivosti napříč průmyslem znamená, že inženýři musí vzít v úvahu všechny součásti svého zařízení.Ložiskové systémy jsou kritickými součástmi stroje a jejich selhání by mohlo mít katastrofální a nákladné následky.Konstrukce ložiska má zásadní vliv na spolehlivost, zejména v extrémních provozních podmínkách včetně vysokých nebo nízkých teplot, vakua a korozivní atmosféry.Tento článek nastiňuje úvahy, které je třeba vzít při specifikaci ložisek pro náročná prostředí, aby inženýři mohli zajistit vysokou spolehlivost a vynikající výkon s dlouhou životností svého zařízení.

Ložiskový systém obsahuje mnoho prvků včetně kuliček, kroužků, klecí a například mazání.Standardní ložiska obvykle neobstojí v náročných podmínkách, a proto je třeba věnovat zvláštní pozornost jednotlivým dílům.Nejdůležitějšími prvky jsou mazání, materiály a speciální tepelné zpracování nebo povlaky a při pohledu na každý faktor lze ložiska nejlépe nakonfigurovat pro danou aplikaci.

Provoz při vysoké teplotě

Vysokoteplotní aplikace, jako jsou aplikace používané v ovládacích systémech v leteckém průmyslu, mohou představovat problémy pro standardní ložiska.Kromě toho teploty v zařízení rostou, protože jednotky jsou stále menší a mají zvýšenou hustotu výkonu, což představuje problém pro průměrné ložisko.

Mazání

Mazání je zde důležitým faktorem.Oleje a tuky mají maximální provozní teploty, kdy začnou rychle degradovat a odpařovat se, což vede k poruše ložisek.Standardní plastická maziva jsou často omezena na maximální teplotu kolem 120 °C a některá konvenční plastická maziva pro vysoké teploty jsou schopna odolat teplotám až 180 °C.

Pro aplikace, které vyžadují ještě vyšší teploty, jsou však k dispozici speciální fluorovaná mazací plastická maziva a jsou dosažitelné teploty přesahující 250 °C.Tam, kde není možné kapalinové mazání, je tuhá lubrikace možností, která umožňuje spolehlivý provoz při nízkých otáčkách při ještě vyšších teplotách.V tomto případě se jako pevná maziva doporučují disulfid molybdenu (MOS2), disulfid wolframu (WS2), grafit nebo polytetrafluoretylen (PTFE), protože snesou velmi vysoké teploty po delší dobu.

Materiály

Při teplotách nad 300 °C jsou nutné speciální kroužky a kuličky.AISI M50 je vysokoteplotní ocel, která se obvykle doporučuje, protože vykazuje vysokou odolnost proti opotřebení a únavě při vysokých teplotách.BG42 je další vysokoteplotní ocel, která má dobrou tvrdost za tepla při 300 °C a je běžně specifikována, protože má vysokou úroveň odolnosti proti korozi a je také méně náchylná k únavě a opotřebení při extrémních teplotách.

Jsou také vyžadovány vysokoteplotní klece a mohou být dodávány ve speciálních polymerních materiálech včetně PTFE, Polyimidu, Polyamid-imidu (PAI) a Polyether-ether-ketonu (PEEK).Pro systémy mazané olejem za vysokých teplot mohou být ložiskové klece vyrobeny také z bronzu, mosazi nebo postříbřené oceli.

Nátěry a tepelné zpracování

Pokročilé povlaky a povrchové úpravy mohou být aplikovány na ložiska za účelem potlačení tření, zabránění korozi a snížení opotřebení, čímž se zlepší výkon ložiska při vysokých teplotách.Například ocelové klece mohou být potaženy stříbrem, aby se zlepšil výkon a spolehlivost.V případě selhání/vyhladovění maziva se postříbření chová jako pevné mazivo a umožňuje ložisku po krátkou dobu nebo v nouzové situaci pokračovat v chodu.

Spolehlivost při nízkých teplotách

Na druhém konci stupnice mohou být pro standardní ložiska problematické nízké teploty.

Mazání

V aplikacích při nízkých teplotách, například aplikacích kryogenního čerpání s teplotami v oblasti -190 °C, se olejové mazání stávají voskovitými, což má za následek selhání ložisek.Pevné mazání, jako je MOS2 nebo WS2, je ideální pro zvýšení spolehlivosti.Kromě toho v těchto aplikacích může čerpané médium působit jako mazivo, takže ložiska musí být speciálně konfigurována pro provoz při těchto nízkých teplotách s použitím materiálů, které dobře spolupracují s médiem.

Materiály

Jedním z materiálů, který lze použít ke zlepšení únavové životnosti ložiska a odolnosti proti opotřebení, je SV30® – martenzitická průběžně kalená ocel s vysokým obsahem dusíku odolná korozi.Keramické kuličky se také doporučují, protože poskytují vynikající výkon.Vlastní mechanické vlastnosti materiálu znamenají, že poskytují vynikající provoz při špatných mazacích podmínkách a mnohem lépe se hodí pro spolehlivý provoz při nízkých teplotách.

Materiál klece by měl být také zvolen tak, aby byl co nejodolnější proti opotřebení a dobré možnosti zde zahrnují plasty PEEK, polychlortrifluorethylen (PCTFE) a PAI.

Tepelné zpracování

Kroužky by měly být speciálně tepelně zpracovány, aby se zlepšila rozměrová stabilita při nízkých teplotách.

Vnitřní provedení

Dalším aspektem pro práci při nízkých teplotách je vnitřní konstrukce ložiska.Ložiska jsou navržena s určitou radiální vůlí, ale jak se teplota snižuje, součásti ložisek podléhají tepelné kontrakci a velikost radiální vůle se proto snižuje.Pokud se úroveň radiální vůle během provozu sníží na nulu, dojde k selhání ložiska.Ložiska, která jsou určena pro aplikace při nízkých teplotách, by měla být navržena s větší radiální vůlí při pokojových teplotách, aby byla umožněna přijatelná úroveň provozní radiální vůle při nízkých teplotách.

Zvládání tlaku vakua

V prostředích s ultravysokým vakuem, jako jsou ta, která se vyskytují ve výrobě elektroniky, polovodičů a LCD, může být tlak nižší než 10-7 mbar.Ložiska s ultravysokým vakuem se obvykle používají v ovládacích zařízeních ve výrobním prostředí.Další typickou vakuovou aplikací jsou turbomolekulární vývěvy (TMP), které generují vakuum pro výrobní prostředí.V této poslední aplikaci se často vyžaduje, aby ložiska pracovala při vysokých otáčkách.

Mazání

Mazání je v těchto podmínkách klíčové.Při takto vysokém podtlaku se standardní mazací tuky odpařují a také uvolňují plyny a nedostatek účinného mazání může mít za následek selhání ložisek.Proto je nutné použít speciální mazání.Pro prostředí s vysokým vakuem (až do přibližně 10-7 mbar) lze použít maziva PFPE, protože mají mnohem vyšší odolnost proti vypařování.Pro prostředí s ultra vysokým vakuem (10-9 mbar a méně) je třeba použít pevná maziva a nátěry.

Pro prostředí se středním vakuem (kolem 10-2 mbar), s pečlivým designem a výběrem speciálního vakuového maziva, lze ložiskové systémy, které poskytují dlouhou životnost více než 40 000 hodin (přibližně 5 let) nepřetržitého používání a pracují při vysokých rychlostech. dosaženo.

Odolnost proti korozi

Ložiska, která jsou určena pro použití v korozivním prostředí, musí být speciálně konfigurována, protože mohou být potenciálně vystavena kyselinám, zásadám a slané vodě a dalším korozivním chemikáliím.

Materiály

Materiály jsou životně důležité pro korozivní prostředí.Standardní ložiskové oceli snadno korodují, což vede k předčasnému selhání ložisek.V tomto případě je třeba zvážit materiál kroužku SV30 s keramickými kuličkami, protože jsou vysoce odolné vůči korozi.Studie ve skutečnosti ukázaly, že materiál SV30 může vydržet mnohonásobně déle než jiná korozivzdorná ocel v prostředí solné mlhy.Při řízených zkouškách v solné mlze ocel SV30 vykazuje pouze nepatrné známky koroze po 1 000 hodinách zkoušky v solné mlze (viz graf 1) a na zkušebních kroužcích je jasně vidět vysoká odolnost SV30 proti korozi.K dalšímu zvýšení odolnosti ložiska vůči korozivním látkám lze také použít speciální keramické kuličkové materiály, jako je oxid zirkoničitý a karbid křemíku.

Získejte více z mazání médií

Posledním náročným prostředím jsou aplikace, kde média působí jako mazivo, například chladiva, voda nebo hydraulické kapaliny.Ve všech těchto aplikacích je materiál nejdůležitějším hlediskem a často bylo zjištěno, že hybridní ložiska SV30 – keramická poskytují nejpraktičtější a nejspolehlivější řešení.

Závěr

Extrémní prostředí představují pro standardní ložiska mnoho provozních problémů, což způsobuje jejich předčasné selhání.V těchto aplikacích by měla být ložiska pečlivě nakonfigurována tak, aby vyhovovala účelu a poskytovala vynikající dlouhotrvající výkon.Pro zajištění vysoké spolehlivosti ložisek je třeba věnovat zvláštní pozornost mazání, materiálům, povrchovým nátěrům a tepelnému zpracování.