Збільшений попит на підвищення надійності в галузі означає, що інженерам необхідно враховувати всі компоненти свого обладнання.Підшипникові системи є критичними деталями машини, і їх вихід з ладу може мати катастрофічні та дорогі наслідки.Конструкція підшипника має великий вплив на надійність, особливо в екстремальних умовах експлуатації, включаючи високі або низькі температури, вакуум і корозійну атмосферу.У цій статті викладено міркування, які слід враховувати при визначенні підшипників для складних умов, щоб інженери могли забезпечити високу надійність і чудову довговічність свого обладнання.

Система підшипників складається з багатьох елементів, включаючи кульки, кільця, сепаратори та мастило.Стандартні підшипники, як правило, не витримують суворих умов, тому необхідно приділяти особливу увагу окремим деталям.Найважливішими елементами є мастило, матеріали та спеціальна термічна обробка або покриття, і, дивлячись на кожен фактор, підшипники можна найкраще налаштувати для застосування.

Робота при високій температурі

Застосування при високих температурах, такі як ті, що використовуються в системах приводу в аерокосмічній промисловості, можуть створити проблеми для стандартних підшипників.Крім того, температура в обладнанні підвищується, оскільки одиниці стають все меншими і мають збільшену щільність потужності, і це створює проблему для середнього підшипника.

Змащення

Важливим фактором тут є змащення.Масла та мастила мають максимальну робочу температуру, при якій вони почнуть швидко руйнуватися та швидко випаровуватися, що призводить до виходу з ладу підшипників.Стандартні мастила часто обмежуються максимальною температурою близько 120°C, а деякі звичайні високотемпературні мастила здатні витримувати температуру до 180°C.

Однак для застосувань, які вимагають ще більш високих температур, доступні спеціальні фторовані мастила, і температура перевищує 250°C.Там, де рідинне змащування неможливе, тверде змащування є опцією, яка забезпечує надійну роботу на низькій швидкості навіть при більш високих температурах.У цьому випадку дисульфід молібдену (MOS2), дисульфід вольфраму (WS2), графіт або політетрафторетилен (PTFE) рекомендуються як тверді мастильні матеріали, оскільки вони можуть витримувати дуже високі температури протягом більш тривалого періоду часу.

Матеріали

При температурах понад 300°C необхідні спеціальні кільцеві та кулькові матеріали.AISI M50 - це високотемпературна сталь, яку зазвичай рекомендують, оскільки вона демонструє високу зносостійкість і стійкість до втоми при високих температурах.BG42 – це ще одна високотемпературна сталь, яка має хорошу твердість у гарячому стані при 300°C і зазвичай вказується, оскільки вона має високий рівень корозійної стійкості, а також менш сприйнятлива до втоми та зносу при екстремальних температурах.

Також необхідні високотемпературні клітини, які можуть поставлятися зі спеціальних полімерних матеріалів, включаючи PTFE, поліімід, поліамід-імід (PAI) та поліефір-ефір-кетон (PEEK).Для високотемпературних систем масляного мастила сепаратори підшипників також можуть бути виготовлені з бронзи, латуні або посрібленої сталі.

Покриття та термічна обробка

Удосконалені покриття та обробка поверхні можуть бути нанесені на підшипники для боротьби з тертям, запобігання корозії та зменшення зносу, покращуючи тим самим продуктивність підшипників при високих температурах.Наприклад, сталеві клітки можна покрити сріблом для підвищення продуктивності та надійності.У разі виходу мастила з ладу / голодування, сріблення діє як тверде мастило, дозволяючи підшипнику продовжувати працювати протягом короткого періоду часу або в аварійній ситуації.

Надійність при низьких температурах

На іншому кінці шкали низькі температури можуть бути проблематичними для стандартних підшипників.

Змащення

При низьких температурах, наприклад кріогенних насосах з температурою в районі -190°C, масляне мастило стає воскоподібним, що призводить до виходу з ладу підшипників.Тверде змащення, таке як MOS2 або WS2, ідеально підходить для підвищення надійності.Крім того, в цих випадках середовище, яке перекачується, може діяти як мастило, тому підшипники повинні бути спеціально налаштовані для роботи при таких низьких температурах з використанням матеріалів, які добре працюють із середовищем.

Матеріали

Одним із матеріалів, який можна використовувати для підвищення терміну служби та зносостійкості підшипника, є SV30® – мартенситна наскрізно загартована сталь з високим вмістом азоту, стійка до корозії.Керамічні кульки також рекомендуються, оскільки вони забезпечують чудову продуктивність.Внутрішні механічні властивості матеріалу означають, що вони забезпечують відмінну роботу в поганих умовах змащення, і він набагато краще підходить для надійної роботи при низьких температурах.

Матеріал клітки також слід вибирати так, щоб він був максимально зносостійким, і хороші варіанти включають PEEK, поліхлортрифторэтилен (ПХТФЕ) і пластик PAI.

Термічна обробка

Кільця повинні бути спеціально піддані термічній обробці для поліпшення стабільності розмірів при низьких температурах.

Внутрішнє оформлення

Ще одним фактором для роботи при низьких температурах є внутрішня конструкція підшипника.Підшипники розроблені з рівним радіальним люфтом, але при зниженні температури компоненти підшипника зазнають термічного стискання, і тому величина радіального люфту зменшується.Якщо під час роботи рівень радіального зазору зменшується до нуля, це призведе до виходу з ладу підшипника.Підшипники, призначені для застосування при низьких температурах, повинні бути сконструйовані з більшим радіальним люфтом при кімнатній температурі, щоб забезпечити прийнятний рівень робочого радіального люфту при низьких температурах.

Обробка тиску вакууму

У середовищі надвисокого вакууму, як-от у виробництві електроніки, напівпровідників та РК-дисплеїв, тиск може бути нижчим за 10-7 мбар.Підшипники надвисокого вакууму зазвичай використовуються в приводному обладнанні у виробничому середовищі.Іншим типовим застосуванням вакууму є турбомолекулярні насоси (TMP), які створюють вакуум для виробничого середовища.У цьому останньому застосуванні підшипники часто повинні працювати на високій швидкості.

Змащення

Змащення в цих умовах є ключовим.При такому високому розрідженні стандартні мастила випаровуються, а також виділяються гази, а відсутність ефективного змащення може призвести до виходу з ладу підшипника.Тому необхідно використовувати спеціальне мастило.Для умов високого вакууму (приблизно до 10-7 мбар) можна використовувати мастила PFPE, оскільки вони мають набагато більшу стійкість до випаровування.Для середовищ надвисокого вакууму (10-9 мбар і нижче) необхідно використовувати тверді мастильні матеріали та покриття.

Для середовищ середнього вакууму (близько 10-2 мбар), при ретельному проектуванні та виборі спеціальної вакуумної мастила, підшипникові системи, які забезпечують тривалий термін служби понад 40 000 годин (приблизно 5 років) безперервного використання та працюють на високих швидкостях, можуть бути досягнуто.

Стійкість до корозії

Підшипники, які призначені для використання в корозійному середовищі, повинні бути спеціально налаштовані, оскільки вони потенційно можуть піддаватися впливу кислот, лугів і солоної води серед інших агресивних хімічних речовин.

Матеріали

Матеріали є життєво важливим фактором для корозійного середовища.Стандартні підшипникові сталі легко піддаються корозії, що призводить до раннього виходу з ладу підшипників.У цьому випадку слід розглянути матеріал кільця SV30 з керамічними кульками, оскільки вони мають високу стійкість до корозії.Фактично, дослідження показали, що матеріал SV30 може служити в багато разів довше, ніж інші корозійно-стійкий сталі в середовищі сольового розпилення.Під час контрольованих випробувань сольовим розпиленням сталь SV30 демонструє лише незначні ознаки корозії після 1000 годин випробування сольовим туманом (див. графік 1), а висока корозійна стійкість SV30 чітко видно на випробувальних кільцях.Спеціальні керамічні кулькові матеріали, такі як діоксид цирконію та карбід кремнію, також можна використовувати для додаткового підвищення стійкості підшипника до корозійних речовин.

Отримати більше від мастила медіа

Останнім складним середовищем є застосування, де мастило виступає середовищем, наприклад, холодоагенти, вода або гідравлічні рідини.У всіх цих застосуваннях матеріал є найважливішим фактором, а SV30 – керамічні гібридні підшипники часто є найбільш практичним і надійним рішенням.

Висновок

Екстремальні умови створюють багато експлуатаційних проблем для стандартних підшипників, через що вони передчасно виходять з ладу.У таких випадках підшипники повинні бути ретельно налаштовані, щоб вони відповідали призначенню та забезпечували чудову тривалу продуктивність.Для забезпечення високої надійності підшипників особливу увагу слід приділити змащенню, матеріалам, покриттю поверхонь і термічній обробці.