Suurenenud nõudlus kogu tööstusharu töökindluse parandamiseks tähendab, et insenerid peavad arvestama kõigi oma seadmete komponentidega.Laagrisüsteemid on masina kriitilised osad ja nende riketel võivad olla katastroofilised ja kulukad tagajärjed.Laagri konstruktsioonil on suur mõju töökindlusele, eriti äärmuslikes töötingimustes, sealhulgas kõrge või madala temperatuuri, vaakumi ja söövitava keskkonna korral.Selles artiklis tuuakse välja kaalutlused, mida tuleb võtta laagrite määramisel keerulistes keskkondades, et insenerid saaksid tagada oma seadmete suure töökindluse ja suurepärase pika kasutusea.

Laagrisüsteem koosneb paljudest elementidest, sealhulgas kuulidest, rõngastest, puuridest ja näiteks määrimisest.Tavalised laagrid ei talu tavaliselt karmide keskkondade raskusi ja seetõttu tuleb eraldi tähelepanu pöörata üksikutele osadele.Kõige olulisemad elemendid on määrimine, materjalid ja spetsiaalne kuumtöötlus või katted ning iga tegurit vaadates saab laagreid rakenduse jaoks kõige paremini konfigureerida.

Töötamine kõrgel temperatuuril

Kõrge temperatuuriga rakendused, nagu need, mida kasutatakse kosmosetööstuse ajamsüsteemides, võivad standardsete laagrite jaoks väljakutseid esitada.Lisaks tõusevad temperatuurid seadmetes, kuna üksused muutuvad üha väiksemaks ja nende võimsustihedus on suurenenud, ning see tekitab probleeme keskmise laagri jaoks.

Määrimine

Siin on määrimine oluline.Õlidel ja määretel on maksimaalne töötemperatuur, mil need hakkavad kiiresti lagunema ja aurustuma, mis põhjustab laagri rikke.Tavalised määrded on sageli piiratud maksimaalse temperatuuriga umbes 120 °C ja mõned tavalised kõrge temperatuuriga määrded on võimelised taluma kuni 180 °C temperatuuri.

Kuid rakenduste jaoks, mis nõuavad veelgi kõrgemaid temperatuure, on saadaval spetsiaalsed fluoritud määrdeained ja temperatuurid üle 250 °C.Kui vedel määrimine ei ole võimalik, on tahke määrimine valik, mis võimaldab madalal kiirusel usaldusväärset tööd veelgi kõrgematel temperatuuridel.Sel juhul on tahkete määrdeainetena soovitatav kasutada molübdeendisulfiidi (MOS2), volframdisulfiidi (WS2), grafiiti või polütetrafluoroetüleeni (PTFE), kuna need taluvad väga kõrgeid temperatuure pikema aja jooksul.

Materjalid

Kui tegemist on temperatuuriga üle 300 °C, on vaja spetsiaalseid rõnga- ja kuulmaterjale.AISI M50 on kõrge temperatuuriga teras, mida tavaliselt soovitatakse, kuna sellel on kõrgel temperatuuril kõrge kulumis- ja väsimuskindlus.BG42 on veel üks kõrge temperatuuriga teras, millel on hea kuumkaredus 300 °C juures ja mida tavaliselt kasutatakse, kuna sellel on kõrge korrosioonikindlus ning see on ka äärmuslikel temperatuuridel vähem vastuvõtlik väsimusele ja kulumisele.

Vaja on ka kõrge temperatuuriga puure ja neid saab tarnida spetsiaalsetest polümeermaterjalidest, sealhulgas PTFE, polüimiid, polüamiid-imiid (PAI) ja polüeeter-eeter-ketoon (PEEK).Kõrge temperatuuriga õliga määritavate süsteemide jaoks võib laagrikorpusi valmistada ka pronksist, messingist või hõbetatud terasest.

Katted ja kuumtöötlus

Täiustatud katteid ja pinnatöötlusi saab laagritele rakendada, et võidelda hõõrdumise vastu, vältida korrosiooni ja vähendada kulumist, parandades seega laagrite jõudlust kõrgetel temperatuuridel.Näiteks saab terasest puure katta hõbedaga, et parandada jõudlust ja töökindlust.Määrdeaine rikke/nälgimise korral toimib hõbedane määrdeaine nagu tahke määrdeaine, võimaldades laagril lühikest aega või hädaolukorras edasi töötada.

Töökindlus madalal temperatuuril

Skaala teises otsas võivad madalad temperatuurid olla standardsete laagrite jaoks problemaatilised.

Määrimine

Madala temperatuuriga rakendustes, näiteks krüogeensetes pumpamistes, mille temperatuur on vahemikus -190 °C, muutuvad õlimäärded vahajaks, mille tulemuseks on laagrite rike.Tugev määrdeaine, nagu MOS2 või WS2, on ideaalsed töökindluse parandamiseks.Lisaks võib nendes rakendustes pumbatav aine toimida määrdeainena, seega tuleb laagrid spetsiaalselt konfigureerida töötama nendel madalatel temperatuuridel, kasutades materjale, mis koos kandjaga hästi töötavad.

Materjalid

Üks materjal, mida saab kasutada laagrite väsimuse ja kulumiskindluse parandamiseks, on SV30® – martensiitne läbikarastatud, kõrge lämmastikusisaldusega korrosioonikindel teras.Soovitatavad on ka keraamilised pallid, kuna need tagavad suurepärase jõudluse.Materjalile omased mehaanilised omadused tagavad suurepärase töö ka kehvades määrimistingimustes ning see sobib palju paremini usaldusväärseks tööks madalatel temperatuuridel.

Puuri materjal tuleks valida ka võimalikult kulumiskindel ja headeks valikuteks on siin PEEK, polüklorotrifluoroetüleen (PCTFE) ja PAI plastik.

Kuumtöötlus

Rõngad tuleks spetsiaalselt kuumtöödelda, et parandada mõõtmete stabiilsust madalatel temperatuuridel.

Sisemine disain

Veel üks kaalutlus madalatel temperatuuridel töötamisel on laagri sisekujundus.Laagrid on projekteeritud radiaalse lõtku tasemega, kuid temperatuuri langedes laagerde komponendid läbivad termilist kokkutõmbumist ja seetõttu väheneb radiaallõtku suurus.Kui radiaallõtku tase töötamise ajal nullini väheneb, põhjustab see laagri rikke.Laagrid, mis on ette nähtud kasutamiseks madalatel temperatuuridel, peaksid olema konstrueeritud suurema radiaallõtkuga toatemperatuuril, et võimaldada madalatel temperatuuridel vastuvõetavat radiaalset lõtku.

Vaakumi rõhu käsitlemine

Ülikõrge vaakumiga keskkondades, näiteks elektroonika, pooljuhtide ja vedelkristallekraanide tootmises, võib rõhk olla alla 10–7 mbar.Ülikõrge vaakumiga laagreid kasutatakse tavaliselt tootmiskeskkonnas käivitusseadmetes.Teine tüüpiline vaakumrakendus on turbomolekulaarpumbad (TMP), mis tekitavad tootmiskeskkondades vaakumi.Viimase rakenduse puhul peavad laagrid sageli töötama suurel kiirusel.

Määrimine

Nendes tingimustes on määrimine võtmetähtsusega.Nii kõrgel vaakumil aurustuvad tavalised määrdemäärded ja ka gaas ning tõhusa määrimise puudumine võib põhjustada laagrite rikke.Seetõttu tuleb kasutada spetsiaalset määrimist.Kõrgvaakumiga keskkondades (kuni ligikaudu 10-7 mbar) võib kasutada PFPE määrdeid, kuna neil on palju suurem aurustumiskindlus.Ülikõrge vaakumiga keskkondades (10–9 mbar ja alla selle) tuleb kasutada tahkeid määrdeaineid ja katteid.

Keskmise vaakumiga keskkondades (umbes 10–2 mbar) saab hoolika disaini ja spetsiaalse vaakummäärde valikuga kasutada laagrisüsteeme, mis tagavad pika kasutusea, üle 40 000 tunni (ligikaudu 5 aastat) pideval kasutamisel ja töötavad suurel kiirusel. saavutatud.

Korrosioonikindlus

Laagrid, mis on ette nähtud kasutamiseks söövitavas keskkonnas, peavad olema spetsiaalselt konfigureeritud, kuna need võivad potentsiaalselt kokku puutuda hapete, leeliste ja soolase veega ning muude söövitavate kemikaalidega.

Materjalid

Materjalid on söövitava keskkonna jaoks väga olulised.Standardsed laagriterased korrodeeruvad kergesti, mis põhjustab laagrite varajase rikke.Sellisel juhul tuleks kaaluda keraamiliste kuulidega SV30 rõngamaterjali, kuna need on väga korrosioonikindlad.Tegelikult on uuringud näidanud, et SV30 materjal võib soolapihustuskeskkonnas kesta mitu korda kauem kui muu korrosioonikindel teras.Kontrollitud soolapihustustestides ilmneb SV30 terasel vaid kergeid korrosioonimärke pärast 1000-tunnist soolapihustuskatset (vt graafik 1) ja SV30 kõrge korrosioonikindlus on selgelt näha katserõngastel.Spetsiaalseid keraamilisi kuulmaterjale, nagu tsirkooniumoksiid ja ränikarbiid, saab kasutada ka laagrite vastupidavuse suurendamiseks söövitavatele ainetele.

Meediumimäärimisest rohkem kasu

Viimane väljakutseid pakkuv keskkond on rakendused, kus kandja toimib määrdeainena, näiteks külmutusagensid, vesi või hüdraulikavedelikud.Kõigi nende rakenduste puhul on materjal kõige olulisem ning SV30 – keraamilised hübriidlaagrid on sageli leitud olevat kõige praktilisem ja töökindlam lahendus.

Järeldus

Ekstreemsed keskkonnad kujutavad standardsete laagrite töös palju probleeme, põhjustades seega nende enneaegset riket.Nendes rakendustes tuleks laagrid hoolikalt konfigureerida, et need sobiksid otstarbeks ja annaksid suurepärast kauakestvat jõudlust.Laagrite kõrge töökindluse tagamiseks tuleb erilist tähelepanu pöörata määrimisele, materjalidele, pinnakatetele ja kuumtöötlusele.