Cererea crescută de îmbunătățire a fiabilității în industrie înseamnă că inginerii trebuie să ia în considerare toate componentele echipamentelor lor.Sistemele de rulmenți sunt părți critice ale unei mașini și defecțiunea lor ar putea avea consecințe catastrofale și costisitoare.Designul rulmentului are un impact major asupra fiabilității, în special în condiții extreme de funcționare, inclusiv temperaturi ridicate sau scăzute, vid și atmosfere corozive.Acest articol subliniază considerațiile de luat atunci când specificați rulmenți pentru medii dificile, astfel încât inginerii să poată asigura o fiabilitate ridicată și o performanță excelentă de lungă durată a echipamentului lor.

Un sistem de rulmenți cuprinde multe elemente, inclusiv bile, inele, cuști și lubrifiere, de exemplu.Rulmenții standard nu rezistă în mod obișnuit rigorilor mediilor dure și, prin urmare, trebuie să se acorde o atenție specială pieselor individuale.Cele mai importante elemente sunt lubrifierea, materialele și tratamentul termic special sau acoperirile și, luând în considerare fiecare factor, rulmenții pot fi configurați cel mai bine pentru aplicație.

Funcționează la temperatură ridicată

Aplicațiile la temperaturi ridicate, cum ar fi cele utilizate în sistemele de acționare din industria aerospațială, pot prezenta provocări pentru rulmenții standard.În plus, temperaturile sunt în creștere în echipamente, pe măsură ce unitățile devin din ce în ce mai mici și au o densitate de putere crescută, iar acest lucru reprezintă o problemă pentru rulmentul mediu.

Lubrifiere

Ungerea este un aspect important aici.Uleiurile și grăsimile au temperaturi maxime de funcționare, moment în care vor începe să se degradeze și să se evapore rapid, ducând la defectarea rulmentului.Unsorile standard sunt adesea limitate la o temperatură maximă de aproximativ 120°C, iar unele unsori convenționale pentru temperaturi ridicate sunt capabile să reziste la temperaturi de până la 180°C.

Cu toate acestea, pentru aplicațiile care necesită temperaturi și mai mari, sunt disponibile unsori lubrifiante fluorurate speciale și se pot atinge temperaturi de peste 250°C.Acolo unde lubrifierea lichidă nu este posibilă, lubrifierea solidă este o opțiune care permite o funcționare fiabilă la viteză mică la temperaturi și mai mari.În acest caz, disulfura de molibden (MOS2), disulfura de wolfram (WS2), grafitul sau politetrafluoretilena (PTFE) sunt recomandate ca lubrifianți solizi, deoarece pot tolera temperaturi foarte ridicate pentru perioade mai lungi de timp.

Materiale

Când vine vorba de temperaturi care depășesc 300°C, sunt necesare materiale speciale pentru inele și bile.AISI M50 este un oțel la temperaturi înalte, care este recomandat în mod obișnuit, deoarece prezintă rezistență ridicată la uzură și oboseală la temperaturi ridicate.BG42 este un alt oțel la temperatură înaltă care are o duritate bună la 300°C și este specificat în mod obișnuit, deoarece are niveluri ridicate de rezistență la coroziune și este, de asemenea, mai puțin susceptibil la oboseală și uzură la temperaturi extreme.

De asemenea, sunt necesare cuști de temperatură înaltă și pot fi furnizate în materiale polimerice speciale, inclusiv PTFE, poliimidă, poliamidă-imidă (PAI) și polieter-eter-cetonă (PEEK).Pentru sistemele lubrifiate cu ulei la temperaturi ridicate, cuștile pentru rulmenți pot fi fabricate și din bronz, alamă sau oțel placat cu argint.

Acoperiri și tratament termic

Lagărele pot fi aplicate acoperiri avansate și tratamente de suprafață pentru a combate frecarea, a preveni coroziunea și a reduce uzura, îmbunătățind astfel performanța rulmentului la temperaturi ridicate.De exemplu, cuștile din oțel pot fi acoperite cu argint pentru a îmbunătăți performanța și fiabilitatea.În cazul defecțiunii/înfometării lubrifiantului, placarea cu argint acționează ca un lubrifiant solid, permițând rulmentului să continue să funcționeze pentru o perioadă scurtă de timp sau într-o situație de urgență.

Fiabilitate la temperaturi scăzute

La celălalt capăt al scalei, temperaturile scăzute pot fi problematice pentru rulmenții standard.

Lubrifiere

În aplicațiile cu temperatură scăzută, de exemplu aplicațiile de pompare criogenică cu temperaturi în regiunea de -190°C, lubrifiațiile cu ulei devin ceroase, rezultând defectarea rulmentului.Lubrefierea solidă, cum ar fi MOS2 sau WS2, sunt ideale pentru îmbunătățirea fiabilității.Mai mult, în aceste aplicații, mediul pompat poate acționa ca lubrifiant, astfel încât rulmenții trebuie configurați special pentru a funcționa la aceste temperaturi scăzute folosind materiale care funcționează bine cu mediul.

Materiale

Un material care poate fi folosit pentru a îmbunătăți durata de viață a rulmentului la oboseală și rezistența la uzură este SV30® – un oțel martensitic întărit, cu conținut ridicat de azot, rezistent la coroziune.Bilele din ceramică sunt, de asemenea, recomandate, deoarece oferă performanțe superioare.Proprietățile mecanice inerente ale materialului înseamnă că oferă o funcționare excelentă în condiții proaste de lubrifiere și este mult mai potrivit pentru a funcționa în mod fiabil la temperaturi scăzute.

Materialul cuștii ar trebui, de asemenea, ales pentru a fi cât mai rezistent la uzură, iar opțiunile bune aici includ PEEK, policlorotrifluoretilenă (PCTFE) și materiale plastice PAI.

Tratament termic

Inelele trebuie tratate termic special pentru a îmbunătăți stabilitatea dimensională la temperaturi scăzute.

Design intern

O altă considerație pentru lucrul la temperaturi scăzute este designul intern al rulmentului.Rulmenții sunt proiectați cu un nivel de joc radial, dar pe măsură ce temperatura scade, componentele rulmentului suferă o contracție termică și, prin urmare, cantitatea de joc radial este redusă.Dacă nivelul jocului radial scade la zero în timpul funcționării, aceasta va duce la defectarea rulmentului.Rulmenții care sunt destinati aplicațiilor la temperaturi scăzute ar trebui proiectați cu un joc radial mai mare la temperatura camerei pentru a permite un nivel acceptabil de joc radial de funcționare la temperaturi scăzute.

Gestionarea presiunii vidului

În medii cu vid ultra-înalt, cum ar fi cele care sunt prezente în electronice de fabricație, semiconductori și LCD-uri, presiunea poate fi mai mică de 10-7mbar.Rulmenții de vid ultra-înalt sunt utilizați de obicei în echipamentele de acționare din mediul de producție.O altă aplicație tipică de vid este pompele turbomoleculare (TMP) care generează vid pentru mediile de producție.În această din urmă aplicație, rulmenții sunt adesea solicitați să funcționeze la viteză mare.

Lubrifiere

Ungerea în aceste condiții este esențială.La astfel de viduri mari, unsorile standard de lubrifiere se evaporă și, de asemenea, degajă gaze, iar lipsa lubrifierii eficiente poate duce la defectarea rulmentului.Prin urmare, trebuie utilizată lubrifiere specială.Pentru medii cu vid înalt (până la aproximativ 10-7 mbar) se pot folosi grăsimile PFPE deoarece au o rezistență mult mai mare la evaporare.Pentru medii cu vid ultra-înalt (10-9mbar și mai jos) trebuie să fie utilizați lubrifianți solizi și acoperiri.

Pentru medii cu vid mediu (aproximativ 10-2 mbar), cu proiectare atentă și selecție de unsoare specială pentru vid, sistemele de rulmenți care asigură durate lungi de viață de peste 40.000 de ore (aproximativ 5 ani) de utilizare continuă și funcționează la viteze mari. realizat.

Rezistență la coroziune

Rulmenții care sunt destinati utilizării într-un mediu corosiv trebuie să fie configurați special, deoarece pot fi expuși la acizi, alcalii și apă sărată, printre alte substanțe chimice corozive.

Materiale

Materialele sunt o considerație vitală pentru mediile corozive.Oțelurile standard pentru rulmenți se corodează ușor, ceea ce duce la defectarea timpurie a rulmenților.În acest caz, trebuie luat în considerare materialul inelului SV30 cu bile ceramice, deoarece acestea sunt foarte rezistente la coroziune.De fapt, studiile au arătat că materialul SV30 poate dura de multe ori mai mult decât alt oțel rezistent la coroziune într-un mediu cu pulverizare sărată.În testele controlate cu pulverizare de sare, oțelul SV30 prezintă doar semne ușoare de coroziune după 1.000 de ore de testare cu pulverizare de sare (vezi graficul 1), iar rezistența ridicată la coroziune a SV30 este vizibilă clar pe inelele de testare.Materialele ceramice speciale cu bile, cum ar fi zirconia și carbura de siliciu pot fi, de asemenea, utilizate pentru a crește și mai mult rezistența rulmentului la substanțele corozive.

Obține mai mult de la lubrifierea media

Mediul final provocator îl reprezintă aplicațiile în care mediul acționează ca lubrifiant, de exemplu agenți frigorifici, apă sau fluide hidraulice.În toate aceste aplicații, materialul este cel mai important aspect, iar rulmenții hibridi ceramici SV30 s-au dovedit adesea a oferi cea mai practică și fiabilă soluție.

Concluzie

Mediile extreme prezintă multe provocări operaționale pentru rulmenții standard, determinând astfel defectarea prematură a acestora.În aceste aplicații, rulmenții trebuie configurați cu atenție, astfel încât să fie adecvate scopului și să ofere performanțe excelente de lungă durată.Pentru a asigura o fiabilitate ridicată a rulmenților, trebuie acordată o atenție deosebită lubrifierii, materialelor, acoperirilor de suprafață și tratamentului termic.