Lisääntynyt kysyntä luotettavuuden parantamiseksi eri toimialoilla tarkoittaa, että insinöörien on otettava huomioon kaikki laitteidensa komponentit.Laakerijärjestelmät ovat koneen kriittisiä osia, ja niiden epäonnistumisella voi olla katastrofaalisia ja kalliita seurauksia.Laakerin rakenteella on suuri vaikutus luotettavuuteen, erityisesti äärimmäisissä käyttöolosuhteissa, kuten korkeissa tai matalissa lämpötiloissa, tyhjiössä ja syövyttävässä ympäristössä.Tässä artikkelissa hahmotellaan näkökohtia, jotka on otettava huomioon määriteltäessä laakereita haastaviin ympäristöihin, jotta insinöörit voivat varmistaa laitteidensa korkean luotettavuuden ja erinomaisen pitkän käyttöiän.

Laakerijärjestelmä sisältää monia elementtejä, kuten palloja, renkaita, häkkejä ja esimerkiksi voiteluainetta.Vakiolaakerit eivät tyypillisesti kestä ankarien ympäristöjen rasitusta, joten yksittäisiin osiin on kiinnitettävä erityistä huomiota.Tärkeimmät elementit ovat voitelu, materiaalit ja erikoislämpökäsittely tai pinnoitteet ja jokaista tekijää tarkastelemalla laakerit voidaan konfiguroida parhaiten käyttötarkoitukseen.

Toimii korkeassa lämpötilassa

Korkean lämpötilan sovellukset, kuten ne, joita käytetään ilmailuteollisuuden toimijärjestelmissä, voivat asettaa haasteita standardilaakereille.Lisäksi lämpötilat nousevat laitteissa, kun yksiköt pienenevät ja niiden tehotiheys kasvaa, mikä on ongelma keskimääräiselle laakerille.

Voitelu

Voitelu on tässä tärkeä näkökohta.Öljyillä ja rasvoilla on maksimi käyttölämpötila, jolloin ne alkavat hajota ja haihtua nopeasti, mikä johtaa laakerin rikkoutumiseen.Vakiorasvojen enimmäislämpötila on usein rajoitettu noin 120 °C:seen, ja jotkin tavanomaiset korkean lämpötilan rasvat kestävät jopa 180 °C:n lämpötiloja.

Kuitenkin sovelluksiin, jotka vaativat vielä korkeampia lämpötiloja, on saatavana erityisiä fluorattuja voitelurasvoja, ja yli 250 °C lämpötilat ovat saavutettavissa.Jos nestevoitelu ei ole mahdollista, kiinteä voitelu on vaihtoehto, joka mahdollistaa alhaisen nopeuden luotettavan toiminnan jopa korkeammissa lämpötiloissa.Tässä tapauksessa molybdeenisulfidia (MOS2), volframidisulfidia (WS2), grafiittia tai polytetrafluorieteeniä (PTFE) suositellaan kiinteiksi voiteluaineiksi, koska ne kestävät erittäin korkeita lämpötiloja pidempään.

Materiaalit

Yli 300°C lämpötiloissa tarvitaan erityisiä rengas- ja pallomateriaaleja.AISI M50 on korkean lämpötilan teräs, jota tyypillisesti suositellaan, koska se kestää hyvin kulutusta ja väsymistä korkeissa lämpötiloissa.BG42 on toinen korkean lämpötilan teräs, jolla on hyvä kuumakovuus 300 °C:ssa ja joka on yleisesti määritelty, koska sillä on korkea korroosionkestävyys ja se on myös vähemmän herkkä väsymiselle ja kulumiselle äärimmäisissä lämpötiloissa.

Tarvitaan myös korkean lämpötilan häkkejä, ja ne voidaan toimittaa erityisistä polymeerimateriaaleista, mukaan lukien PTFE, polyimidi, polyamidi-imidi (PAI) ja polyeetteri-eetteri-ketoni (PEEK).Korkean lämpötilan öljyvoideltuihin järjestelmiin laakeripesät voidaan valmistaa myös pronssista, messingistä tai hopeoidusta teräksestä.

Pinnoitteet ja lämpökäsittely

Laakereihin voidaan levittää edistyksellisiä pinnoitteita ja pintakäsittelyjä kitkan estämiseksi, korroosion estämiseksi ja kulumisen vähentämiseksi, mikä parantaa laakerien suorituskykyä korkeissa lämpötiloissa.Esimerkiksi teräshäkit voidaan pinnoittaa hopealla suorituskyvyn ja luotettavuuden parantamiseksi.Voiteluaineen epäonnistuessa/nälänhädässä hopeoitu pinnoite toimii kiinteänä voiteluaineena, jolloin laakerit voivat jatkaa toimintaansa lyhyen aikaa tai hätätilanteessa.

Luotettavuus matalissa lämpötiloissa

Asteikon toisessa päässä alhaiset lämpötilat voivat olla ongelmallisia standardilaakereille.

Voitelu

Matalissa lämpötiloissa, esimerkiksi kryogeenisissa pumppaussovelluksissa, joiden lämpötila on noin -190 °C, öljyvoitelut muuttuvat vahamaiksi, mikä johtaa laakerin rikkoutumiseen.Kiinteät voiteluaineet, kuten MOS2 tai WS2, ovat ihanteellisia luotettavuuden parantamiseen.Lisäksi näissä sovelluksissa pumpattava väliaine voi toimia voiteluaineena, joten laakerit on erityisesti määritettävä toimimaan näissä matalissa lämpötiloissa käyttämällä materiaaleja, jotka toimivat hyvin väliaineen kanssa.

Materiaalit

Eräs materiaali, jota voidaan käyttää parantamaan laakerin väsymisikää ja kulutuskestävyyttä, on SV30® – martensiittinen läpikarkaistu, runsaasti typpeä sisältävä, korroosionkestävä teräs.Myös keraamisia palloja suositellaan, koska ne tarjoavat erinomaisen suorituskyvyn.Materiaalille luontaiset mekaaniset ominaisuudet takaavat erinomaisen toiminnan huonoissa voiteluolosuhteissa, ja se soveltuu paljon paremmin luotettavaan toimintaan matalissa lämpötiloissa.

Häkin materiaali tulee myös valita mahdollisimman kulutusta kestäväksi, ja hyviä vaihtoehtoja ovat PEEK, polyklooritrifluorieteeni (PCTFE) ja PAI-muovit.

Lämpökäsittely

Renkaat tulee erityisesti lämpökäsitellä mittojen pysyvyyden parantamiseksi matalissa lämpötiloissa.

Sisäinen suunnittelu

Toinen näkökohta matalissa lämpötiloissa työskentelyssä on laakerin sisäinen rakenne.Laakerit on suunniteltu säteittäisen välyksen tasolle, mutta lämpötilan laskeessa laakerien komponentit joutuvat lämpökutistumaan ja siten säteittäisen välyksen määrä vähenee.Jos säteittäinen välys pienenee nollaan käytön aikana, seurauksena on laakerin vika.Laakerit, jotka on tarkoitettu käytettäväksi alhaisissa lämpötiloissa, tulee suunnitella siten, että niissä on enemmän säteittäistä välystä huoneenlämmössä, jotta saavutetaan hyväksyttävä taso radiaalivälystä alhaisissa lämpötiloissa.

Tyhjiön paineen käsittely

Ultrakorkeassa tyhjiöympäristössä, kuten elektroniikan, puolijohteiden ja LCD-näyttöjen valmistuksessa, paine voi olla alle 10-7 mbar.Erittäin suuria tyhjiölaakereita käytetään tyypillisesti käyttölaitteissa valmistusympäristössä.Toinen tyypillinen tyhjiösovellus on turbomolekulaariset pumput (TMP), jotka tuottavat tyhjiön valmistusympäristöihin.Tässä jälkimmäisessä sovelluksessa laakerien on usein toimittava suurella nopeudella.

Voitelu

Voitelu näissä olosuhteissa on avainasemassa.Tällaisissa suurissa tyhjiöissä tavalliset voitelurasvat haihtuvat ja myös kaasut pois, ja tehokkaan voitelun puute voi johtaa laakerin vaurioitumiseen.Siksi on käytettävä erikoisvoitelua.Korkean tyhjiön ympäristöissä (noin 10-7 mbar asti) voidaan käyttää PFPE-rasvoja, koska niillä on paljon korkeampi haihtumiskestävyys.Ultrakorkeassa tyhjiöympäristössä (10–9 mbar ja alle) on käytettävä kiinteitä voiteluaineita ja pinnoitteita.

Keskityhjiöympäristöissä (noin 10-2 mbar), huolellisella suunnittelulla ja erityisten tyhjiörasvojen valinnalla voidaan käyttää laakerijärjestelmiä, jotka tarjoavat pitkän käyttöiän, yli 40 000 tuntia (noin 5 vuotta) jatkuvassa käytössä ja toimivat suurilla nopeuksilla. saavutettu.

Korroosionkestävyys

Laakerit, jotka on tarkoitettu käytettäväksi syövyttävässä ympäristössä, on konfiguroitava erityisesti, koska ne voivat altistua hapoille, emäksille ja suolavedelle muiden syövyttävien kemikaalien ohella.

Materiaalit

Materiaalit ovat erittäin tärkeitä syövyttävissä ympäristöissä.Vakiolaakeriteräkset syöpyvät helposti, mikä johtaa varhaiseen laakerin rikkoutumiseen.Tässä tapauksessa tulee harkita SV30-rengasmateriaalia, jossa on keraamisia palloja, koska ne ovat erittäin korroosionkestäviä.Itse asiassa tutkimukset ovat osoittaneet, että SV30-materiaali voi kestää monta kertaa pidempään kuin muu korroosionkestävä teräs suolasuihkuympäristössä.Kontrolloiduissa suolasumutesteissä SV30-teräs osoittaa vain vähäisiä korroosion merkkejä 1000 tunnin suolasumutestauksen jälkeen (katso kuvaaja 1) ja SV30:n korkea korroosionkestävyys näkyy selvästi testirenkaissa.Erityisiä keraamisia pallomateriaaleja, kuten zirkonia ja piikarbidi, voidaan käyttää myös lisäämään laakerin kestävyyttä syövyttäviä aineita vastaan.

Saat enemmän irti mediavoitelusta

Viimeinen haastava ympäristö ovat sovellukset, joissa voiteluaineena toimii väliaine, esimerkiksi kylmäaineet, vesi tai hydraulinesteet.Kaikissa näissä sovelluksissa materiaali on tärkein näkökohta, ja SV30 – keraamiset hybridilaakerit on usein todettu käytännöllisimmäksi ja luotettavimmaksi ratkaisuksi.

Johtopäätös

Äärimmäiset ympäristöt asettavat standardilaakereille monia toimintahaasteita, mikä aiheuttaa niiden ennenaikaisen vioittumisen.Näissä sovelluksissa laakerit on konfiguroitava huolellisesti, jotta ne sopivat tarkoitukseen ja tarjoavat erinomaisen pitkäkestoisen suorituskyvyn.Laakereiden korkean luotettavuuden varmistamiseksi on kiinnitettävä erityistä huomiota voiteluun, materiaaleihin, pintapinnoitteisiin ja lämpökäsittelyyn.