Povečano povpraševanje po izboljšanju zanesljivosti v industriji pomeni, da morajo inženirji upoštevati vse komponente svoje opreme.Ležajni sistemi so kritični deli v stroju in njihova okvara bi lahko imela katastrofalne in drage posledice.Zasnova ležaja ima velik vpliv na zanesljivost, zlasti v ekstremnih delovnih pogojih, vključno z visokimi ali nizkimi temperaturami, vakuumom in korozivnimi atmosferami.Ta članek opisuje premisleke, ki jih je treba upoštevati pri določanju ležajev za zahtevna okolja, da lahko inženirji zagotovijo visoko zanesljivost in odlično dolgo življenjsko dobo svoje opreme.

Ležajni sistem je sestavljen iz številnih elementov, kot so kroglice, obroči, kletke in na primer mazanje.Standardni ležaji običajno ne zdržijo strogih pogojev, zato je treba posebno pozornost posvetiti posameznim delom.Najpomembnejši elementi so mazanje, materiali in posebna toplotna obdelava ali prevleke in s pogledom na vsak dejavnik pomeni, da je ležaje mogoče najbolje konfigurirati za uporabo.

Delovanje pri visoki temperaturi

Visokotemperaturne aplikacije, kot so tiste, ki se uporabljajo v sistemih za aktiviranje v letalski industriji, lahko predstavljajo izzive za standardne ležaje.Poleg tega se temperature v opremi zvišujejo, saj enote postajajo vse manjše in imajo povečano gostoto moči, kar predstavlja težavo za povprečni ležaj.

Mazanje

Pri tem je mazanje pomemben dejavnik.Olja in masti imajo najvišjo delovno temperaturo, pri kateri se začnejo razpadati in hitro izhlapevati, kar vodi do okvare ležaja.Standardne masti so pogosto omejene na najvišjo temperaturo okoli 120°C, nekatere običajne visokotemperaturne masti pa so sposobne vzdržati temperature do 180°C.

Vendar pa so za aplikacije, ki zahtevajo še višje temperature, na voljo posebne fluorirane mazalne masti in dosegljive so temperature nad 250°C.Kjer tekoče mazanje ni možno, je trdo mazanje možnost, ki omogoča zanesljivo delovanje pri nizki hitrosti pri še višjih temperaturah.V tem primeru se kot trdna maziva priporočajo molibdenov disulfid (MOS2), volframov disulfid (WS2), grafit ali politetrafluoroetilen (PTFE), saj lahko dlje časa prenašajo zelo visoke temperature.

Materiali

Ko gre za temperature nad 300°C, so potrebni posebni materiali za obroče in krogle.AISI M50 je visokotemperaturno jeklo, ki se običajno priporoča, saj kaže visoko odpornost proti obrabi in utrujenosti pri visokih temperaturah.BG42 je drugo visokotemperaturno jeklo, ki ima dobro vročo trdoto pri 300°C in je običajno določeno, saj ima visoko stopnjo odpornosti proti koroziji in je tudi manj dovzetno za utrujenost in obrabo pri ekstremnih temperaturah.

Zahtevane so tudi visokotemperaturne kletke, ki so lahko dobavljene iz posebnih polimernih materialov, vključno s PTFE, poliimidom, poliamid-imidom (PAI) in polieter-eter-ketonom (PEEK).Za visokotemperaturne sisteme, mazane z oljem, so ležajne kletke lahko izdelane tudi iz brona, medenine ali posrebrenega jekla.

Premazi in toplotna obdelava

Napredne prevleke in površinske obdelave se lahko nanašajo na ležaje za boj proti trenju, preprečevanje korozije in zmanjšanje obrabe, s čimer se izboljša zmogljivost ležaja pri visokih temperaturah.Na primer, jeklene kletke lahko prevlečete s srebrom, da izboljšate zmogljivost in zanesljivost.V primeru okvare/stradanja maziva, posrebrena prevleka deluje kot trdno mazivo, kar omogoča, da ležaj še naprej deluje za kratek čas ali v izrednih razmerah.

Zanesljivost pri nizkih temperaturah

Na drugem koncu lestvice so lahko nizke temperature problematične za standardne ležaje.

Mazanje

Pri nizkotemperaturnih aplikacijah, na primer pri aplikacijah s kriogenim črpanjem s temperaturami v območju -190°C, postane mazanje z oljem voskasto, kar povzroči okvaro ležaja.Trdno mazanje, kot sta MOS2 ali WS2, je idealno za izboljšanje zanesljivosti.Poleg tega lahko v teh aplikacijah medij, ki se črpa, deluje kot mazivo, zato je treba ležaje posebej konfigurirati za delovanje pri teh nizkih temperaturah z uporabo materialov, ki dobro delujejo z medijem.

Materiali

Eden od materialov, ki se lahko uporabi za izboljšanje življenjske dobe ležaja in odpornosti proti obrabi, je SV30® – martenzitno kaljeno jeklo z visoko vsebnostjo dušika, odporno proti koroziji.Priporočljive so tudi keramične kroglice, saj zagotavljajo vrhunsko zmogljivost.Lastne mehanske lastnosti materiala pomenijo, da zagotavljajo odlično delovanje v slabih pogojih mazanja in je veliko bolj primeren za zanesljivo delovanje pri nizkih temperaturah.

Material kletke je treba izbrati tudi tako, da je čim bolj odporen proti obrabi, dobre možnosti pa vključujejo PEEK, poliklorotrifluoroetilen (PCTFE) in plastiko PAI.

Toplotna obdelava

Obroči morajo biti posebej toplotno obdelani, da se izboljša dimenzijska stabilnost pri nizkih temperaturah.

Notranji dizajn

Nadaljnja stvar pri delu pri nizkih temperaturah je notranja zasnova ležaja.Ležaji so zasnovani z ravnijo radialne zračnosti, a ko se temperatura zniža, se sestavni deli ležaja toplotno krčijo, zato se količina radialne zračnosti zmanjša.Če se raven radialne zračnosti med delovanjem zmanjša na nič, bo to povzročilo okvaro ležaja.Ležaji, ki so namenjeni nizkotemperaturnim aplikacijam, morajo biti zasnovani z več radialne zračnosti pri sobni temperaturi, da se omogoči sprejemljiva raven delovanja radialne zračnosti pri nizkih temperaturah.

Obvladovanje tlaka vakuuma

V okoljih ultra visokega vakuuma, kot so tista, ki so prisotna v proizvodnji elektronike, polprevodnikov in LCD-jev, je tlak lahko nižji od 10-7mbar.Ležaji z ultra visokim vakuumom se običajno uporabljajo v opremi za sprožitev v proizvodnem okolju.Druga tipična vakuumska uporaba so turbomolekularne črpalke (TMP), ki ustvarjajo vakuum za proizvodna okolja.Pri tej zadnji uporabi morajo ležaji pogosto delovati pri visoki hitrosti.

Mazanje

Mazanje v teh pogojih je ključnega pomena.Pri tako visokem vakuumu standardne mazalne masti izhlapijo in tudi izhlapijo, pomanjkanje učinkovitega mazanja pa lahko povzroči okvaro ležaja.Zato je treba uporabiti posebno mazanje.Za okolja z visokim vakuumom (do približno 10-7 mbar) se lahko uporabljajo masti PFPE, saj imajo veliko večjo odpornost proti izhlapevanju.Za okolja ultra visokega vakuuma (10-9 mbar in manj) je treba uporabiti trdna maziva in premaze.

Za okolja srednjega vakuuma (približno 10-2 mbar), s skrbno zasnovo in izbiro posebne vakuumske masti, je mogoče sisteme ležajev, ki zagotavljajo dolgo življenjsko dobo več kot 40.000 ur (približno 5 let) nenehne uporabe in delujejo pri visokih hitrostih. dosežen.

Odpornost proti koroziji

Ležaje, ki so namenjeni za uporabo v korozivnem okolju, je treba posebej konfigurirati, saj so med drugimi jedkimi kemikalijami potencialno lahko izpostavljeni kislinam, alkalijam in slani vodi.

Materiali

Materiali so ključnega pomena za korozivna okolja.Standardna ležajna jekla hitro korodirajo, kar vodi do zgodnje okvare ležaja.V tem primeru je treba upoštevati material obročev SV30 s keramičnimi kroglicami, saj so zelo odporne proti koroziji.Pravzaprav so študije pokazale, da lahko material SV30 zdrži večkrat dlje kot druga jekla, odporna proti koroziji, v okolju s solnim pršenjem.Pri kontroliranih testih s solnim pršenjem jeklo SV30 kaže le rahle znake korozije po 1000 urah testiranja s solnim pršenjem (glej graf 1) in visoka odpornost proti koroziji SV30 je jasno vidna na testnih obročkih.Za dodatno povečanje odpornosti ležaja na korozivne snovi se lahko uporabljajo tudi posebni keramični kroglični materiali, kot sta cirkonij in silicijev karbid.

Več od mazanja medijev

Končno zahtevno okolje so aplikacije, kjer medij deluje kot mazivo, na primer hladilna sredstva, voda ali hidravlične tekočine.Pri vseh teh aplikacijah je material najpomembnejši vidik, SV30 – keramični hibridni ležaji pa se pogosto izkaže za najbolj praktično in zanesljivo rešitev.

Zaključek

Ekstremna okolja predstavljajo številne operativne izzive za standardne ležaje in tako povzročijo njihovo prezgodnjo odpoved.Pri teh aplikacijah je treba ležaje skrbno konfigurirati tako, da ustrezajo svojemu namenu in zagotavljajo odlično dolgotrajno delovanje.Za zagotovitev visoke zanesljivosti ležajev je treba posebno pozornost nameniti mazanju, materialom, površinskim premazom in toplotni obdelavi.