Povećana potražnja za poboljšanjem pouzdanosti u cijeloj industriji znači da inženjeri moraju uzeti u obzir sve komponente svoje opreme.Sistemi ležajeva su kritični dijelovi u mašini i njihov kvar može imati katastrofalne i skupe posljedice.Dizajn ležaja ima veliki uticaj na pouzdanost, posebno u ekstremnim radnim uslovima uključujući visoke ili niske temperature, vakuum i korozivnu atmosferu.Ovaj članak navodi razmatranja koja treba uzeti u obzir pri određivanju ležajeva za izazovna okruženja, tako da inženjeri mogu osigurati visoku pouzdanost i odlične performanse dugog vijeka trajanja svoje opreme.

Sistem ležajeva se sastoji od mnogih elemenata uključujući kuglice, prstenove, kaveze i podmazivanje na primjer.Standardni ležajevi obično ne izdržavaju stroge uslove u okruženju i stoga je potrebno obratiti posebnu pažnju na pojedinačne dijelove.Najvažniji elementi su podmazivanje, materijali i specijalna termička obrada ili premazi i gledajući svaki faktor znači da se ležajevi mogu najbolje konfigurirati za primenu.

Rad na visokoj temperaturi

Primene na visokim temperaturama, kao što su one koje se koriste u sistemima za aktiviranje u vazduhoplovnoj industriji, mogu predstavljati izazove za standardne ležajeve.Nadalje, temperature u opremi rastu jer jedinice postaju sve manje i imaju povećanu gustinu snage, a to predstavlja problem za prosječan ležaj.

Podmazivanje

Podmazivanje je ovdje važno razmatranje.Ulja i masti imaju maksimalnu radnu temperaturu u kojoj će se početi degradirati i brzo isparavati što dovodi do kvara ležaja.Standardne masti su često ograničene na maksimalnu temperaturu od oko 120°C, a neke konvencionalne visokotemperaturne masti su sposobne da izdrže temperature do 180°C.

Međutim, za primjene koje zahtijevaju još više temperature dostupne su posebne fluorirane masti za podmazivanje i temperature veće od 250°C.Tamo gdje tečno podmazivanje nije moguće, čvrsto podmazivanje je opcija koja omogućava pouzdan rad male brzine na još višim temperaturama.U ovom slučaju molibden disulfid (MOS2), volfram disulfid (WS2), grafit ili politetrafluoroetilen (PTFE) se preporučuju kao čvrsta maziva jer mogu tolerisati veoma visoke temperature tokom dužeg vremenskog perioda.

Materijali

Kada je riječ o temperaturama većim od 300°C, potrebni su posebni prstenasti i kuglični materijali.AISI M50 je čelik za visoke temperature koji se obično preporučuje jer pokazuje visoku otpornost na habanje i zamor na visokim temperaturama.BG42 je još jedan visokotemperaturni čelik koji ima dobru vruću tvrdoću na 300°C i uobičajeno je specificiran jer ima visok nivo otpornosti na koroziju i manje je podložan zamoru i habanju na ekstremnim temperaturama.

Kavezi za visoke temperature su takođe potrebni i mogu se isporučiti od specijalnih polimernih materijala uključujući PTFE, poliimid, poliamid-imid (PAI) i polieter-eter-keton (PEEK).Za visokotemperaturne sisteme podmazivanja uljem, kavezi ležaja mogu biti proizvedeni i od bronzanog, mesinganog ili posrebrenog čelika.

Premazi i termička obrada

Napredni premazi i površinski tretmani mogu se primijeniti na ležajeve radi suzbijanja trenja, sprječavanja korozije i smanjenja habanja, čime se poboljšavaju performanse ležaja pri visokim temperaturama.Na primjer, čelični kavezi mogu biti presvučeni srebrom kako bi se poboljšale performanse i pouzdanost.U slučaju kvara/izgladnjivanja maziva, posrebreni sloj djeluje poput čvrstog maziva, omogućavajući ležaju da nastavi raditi u kratkom vremenskom periodu ili u hitnoj situaciji.

Pouzdanost na niskim temperaturama

Na drugom kraju skale, niske temperature mogu biti problematične za standardne ležajeve.

Podmazivanje

U primjenama na niskim temperaturama, na primjer primjene kriogenih pumpi s temperaturama u području od -190°C, uljno podmazivanje postaje voštano što rezultira kvarom ležaja.Čvrsto podmazivanje kao što je MOS2 ili WS2 idealno je za poboljšanje pouzdanosti.Nadalje, u ovim primjenama, medij koji se pumpa može djelovati kao mazivo, tako da ležajevi moraju biti posebno konfigurirani da rade na ovim niskim temperaturama koristeći materijale koji dobro funkcioniraju s medijima.

Materijali

Jedan materijal koji se može koristiti za poboljšanje vijeka trajanja ležaja i otpornosti na habanje je SV30® – martenzitno kaljeni čelik s visokim sadržajem dušika, otporan na koroziju.Preporučuju se i keramičke kugle jer daju vrhunske performanse.Inherentna mehanička svojstva materijala znače da pružaju odličan rad u lošim uvjetima podmazivanja i daleko je prikladniji za pouzdan rad na niskim temperaturama.

Materijal kaveza također treba odabrati da bude što je moguće otporniji na habanje, a dobre opcije ovdje uključuju PEEK, poliklorotrifluoroetilen (PCTFE) i PAI plastiku.

Termičku obradu

Prstenove treba posebno termički obrađivati ​​kako bi se poboljšala stabilnost dimenzija na niskim temperaturama.

Unutrašnji dizajn

Dodatno razmatranje za rad na niskim temperaturama je unutrašnji dizajn ležaja.Ležajevi su dizajnirani sa nivoom radijalnog zazora, ali kako se temperatura smanjuje, komponente ležaja prolaze kroz termičku kontrakciju i količina radijalnog zazora se stoga smanjuje.Ako se nivo radijalnog zazora smanji na nulu tokom rada, to će rezultirati kvarom ležaja.Ležajevi koji su namijenjeni za primjenu na niskim temperaturama trebaju biti dizajnirani s više radijalnog zazora na sobnim temperaturama kako bi se omogućio prihvatljiv nivo radnog radijalnog zazora na niskim temperaturama.

Rukovanje pritiskom vakuuma

U okruženjima ultra visokog vakuuma, kao što su ona koja su prisutna u proizvodnji elektronike, poluprovodnika i LCD-a, pritisak može biti niži od 10-7mbar.Ležajevi ultra visokog vakuuma se obično koriste u opremi za aktiviranje u proizvodnom okruženju.Druga tipična primjena vakuuma su turbomolekularne pumpe (TMP) koje stvaraju vakuum za proizvodna okruženja.U ovoj potonjoj primjeni od ležajeva se često traži da rade velikom brzinom.

Podmazivanje

Podmazivanje u ovim uslovima je ključno.Pri tako visokim vakuumima, standardne masti za podmazivanje isparavaju i također izlaze iz plina, a nedostatak efikasnog podmazivanja može dovesti do kvara ležaja.Stoga je potrebno koristiti posebno podmazivanje.Za okruženja visokog vakuuma (do približno 10-7 mbar) mogu se koristiti PFPE masti jer imaju mnogo veću otpornost na isparavanje.Za okruženja sa ultra visokim vakuumom (10-9mbar i ispod) potrebno je koristiti čvrsta maziva i premaze.

Za okruženja sa srednjim vakuumom (oko 10-2mbar), uz pažljiv dizajn i odabir posebne vakuumske masti, mogu se koristiti sistemi ležajeva koji pružaju dug životni vijek od više od 40.000 sati (približno 5 godina) kontinuirane upotrebe i rade pri velikim brzinama. postignuto.

Otpornost na koroziju

Ležajevi koji su predviđeni za upotrebu u korozivnom okruženju moraju biti posebno konfigurisani jer potencijalno mogu biti izloženi kiselinama, alkalijama i slanoj vodi između ostalih korozivnih hemikalija.

Materijali

Materijali su od vitalnog značaja za korozivna okruženja.Standardni čelici ležaja lako korodiraju, što dovodi do ranog kvara ležaja.U ovom slučaju treba uzeti u obzir SV30 materijal prstena sa keramičkim kuglicama jer su vrlo otporne na koroziju.Zapravo, studije su pokazale da SV30 materijal može trajati mnogo puta duže od ostalih čelika otpornih na koroziju u okruženju sa raspršenim solima.U kontrolisanim testovima slanom sprejom SV30 čelik pokazuje samo blage znakove korozije nakon 1000 sati ispitivanja slanom sprejom (vidi grafikon 1) i visoka otpornost na koroziju SV30 jasno se vidi na test prstenovima.Specijalni keramički kuglični materijali kao što su cirkonijum i silicijum karbid se takođe mogu koristiti za dalje povećanje otpornosti ležaja na korozivne supstance.

Dobivanje više od podmazivanja medija

Konačno izazovno okruženje su aplikacije u kojima medij djeluje kao mazivo, na primjer rashladna sredstva, voda ili hidraulične tekućine.U svim ovim primjenama materijal je najvažniji faktor, a SV30 – keramički hibridni ležajevi često se smatraju najpraktičnijim i najpouzdanijim rješenjem.

Zaključak

Ekstremna okruženja predstavljaju mnoge operativne izazove za standardne ležajeve, što dovodi do njihovog prijevremenog kvara.U ovim primenama ležajeve treba pažljivo konfigurisati tako da odgovaraju svrsi i da daju odlične dugotrajne performanse.Kako bi se osigurala visoka pouzdanost ležajeva, posebnu pažnju treba posvetiti podmazivanju, materijalima, površinskim premazima i toplinskoj obradi.