對提高(gāo)整個行業可(kě)靠性的需求不斷增(zēng)加,這意味著工程師(shī)需(xū)要考(kǎo)慮設備的所有組件。軸承係統(tǒng)是機器中的關鍵部件,其故障可能會帶來災難性且代價高(gāo)昂(áng)的後果。軸承設計對可靠性(xìng)有重大影響,特別(bié)是在極端操作條件下,包括高溫或低(dī)溫,真(zhēn)空和腐蝕性(xìng)氣氛。本文概(gài)述了在具(jù)有挑戰性的環境中指定軸承時應考慮的注(zhù)意事項,以便(biàn)工程師可以確保其設備的高可靠性和出色(sè)的(de)長壽(shòu)命(mìng)性能。
軸承係統包括許多元件,例如包括滾珠,套圈,保持架和潤滑。標準軸承通(tōng)常無法承受嚴酷環境(jìng)的嚴酷考驗,因此(cǐ)需要特別考(kǎo)慮各個零件。最重要的元素是潤滑,材料和特殊的熱處(chù)理或塗層,通過仔(zǎi)細考慮每(měi)個因素,就可以(yǐ)最好(hǎo)地為應用配置軸承。
在高溫下運行
高溫應用(例如在航空航天工業中的致動係統中使用的(de)應用)可能(néng)會給標準軸承帶來挑戰。此外,隨著設備的(de)體積越來越小和功率密度的增加,設備中的溫度也在上升,這給平均軸承帶(dài)來了問題。
潤滑方式
潤滑(huá)是此(cǐ)處的重要(yào)考慮因(yīn)素。潤滑油具有最高的工作溫(wēn)度(dù),在該溫度下它們將開(kāi)始降解並迅速蒸發,從而導致軸承故障。通常將標準潤滑脂的最高溫度限製在120°C左右,某些常規的(de)高溫潤滑脂能夠抵抗高達180°C的溫度。
但是,對於需要更高(gāo)溫度的(de)應用場(chǎng)合,可以使用特殊的氟化潤滑脂,並且可(kě)以獲得超過250°C的溫度(dù)。在不(bú)可(kě)能進行液體(tǐ)潤滑的情況下,可以選(xuǎn)擇使用固體潤(rùn)滑,這樣即(jí)使在(zài)更(gèng)高(gāo)的溫度下也(yě)可(kě)以實現低速可靠的運行。在這(zhè)種(zhǒng)情況下,建議使用二硫化鉬,二硫化鎢,石墨或聚四氟乙烯作(zuò)為固體潤滑(huá)劑,因為它們可以忍受很高的溫度並持續更長的時間。
材料
當溫度超過300°C時,則需要特(tè)殊的環和球材料。AISIM50是一(yī)種高溫鋼,通常(cháng)被推薦使用,因為它在高溫(wēn)下表現出很高的(de)耐(nài)磨性和抗疲勞性。BG42是另一種高溫鋼(gāng),在300°C時具有良好的熱硬度(dù),通常被指(zhǐ)定使用,因為它具有很高(gāo)的耐腐蝕性,並且在極端溫度下也不易疲勞和磨(mó)損。
還需要高溫籠,它們可以(yǐ)用特殊的聚合物材料提供,包括PTFE,聚酰亞胺,聚酰胺-酰亞胺和聚醚(mí)-醚-酮。對於高溫(wēn)油潤滑係統,軸承保持架也可以由青銅,黃銅或(huò)鍍銀鋼製成。
塗(tú)層和熱處理
先進(jìn)的塗層和表麵處理技術可應用(yòng)於軸(zhóu)承,以(yǐ)消除摩擦,防止腐蝕並減少磨損,從而改善高溫(wēn)下的軸承性能。例(lì)如,鋼製保(bǎo)持架可以塗銀以提高性能和可靠性。在潤滑劑失效/缺(quē)乏的情況下,鍍銀的作用類似於固體(tǐ)潤滑劑,使軸承能夠在短時間內或緊急情況下繼續運行。
低溫下的可靠(kào)性
另一方麵,低溫對於標準軸承可能會造成問題。
潤滑方式
在低溫應用中,例如溫度在-190°C左右的低溫泵應用中,油潤滑(huá)會變得蠟狀,從而導致軸承故障。諸如MOS2或(huò)WS2之類的固體潤滑是提高可靠性(xìng)的理想選擇。此(cǐ)外,在這些(xiē)應用中,被泵送的介質(zhì)可以充當潤(rùn)滑劑,因(yīn)此需要對軸(zhóu)承進行特殊配置,以(yǐ)使用與介質良好配合的材料在(zài)這些低溫下(xià)運行。
材料
SV30®是可用於改善軸承疲勞壽命和耐磨性的一種材料,它是一種馬氏體(tǐ)經過淬火,高氮,耐腐蝕的鋼。還建議使用陶(táo)瓷球,因為它們具有出色的性能。該材料的固有機械性能意味著它們在惡劣的潤滑條件下也能提供出(chū)色(sè)的運行性能,並且更適合在低溫下可靠運行。
保持架材料(liào)也應選擇為盡可能耐磨,這裏的(de)好(hǎo)選擇包括PEEK,聚三氟氯乙烯和PAI塑料。
熱處理
環應經過特殊熱處理,以提高低溫下(xià)的尺寸穩定性。
內部設計
低溫工作(zuò)的另一個考慮因素是軸承的內部(bù)設計。軸承被設計成具有一定程度的徑向遊隙,但是(shì)隨著溫度(dù)的降低,軸承部件會發生熱收縮,因(yīn)此徑向(xiàng)遊隙的量會減少。如果在運(yùn)行過(guò)程中徑(jìng)向遊隙減小到零,則將導致軸(zhóu)承故障。旨在用於低溫應用的軸承應設計成在(zài)室溫(wēn)下具有更大(dà)的徑向遊隙(xì),以便在低溫下具(jù)有可接受的工作徑向遊隙水平。
處理真空壓力
在超高真(zhēn)空環境中,例(lì)如在製造電子(zǐ)設備,半導體(tǐ)和LCD中存在的環境中,壓力可能低於10-7mbar。超(chāo)高真空軸承通常用於製造環境中的致動設備。另一個典型的真空應用是渦輪(lún)分子(zǐ)泵,可在製造環境中產生真空。在後一種應用中,經常需要軸承高速工作(zuò)。
潤(rùn)滑方式
在這些條(tiáo)件下潤滑(huá)是關鍵。在如此高的(de)真空度下,標準的潤滑脂會蒸發並脫氣,而缺乏有效的潤滑會導致軸承故障(zhàng)。因(yīn)此需要使用特殊的潤滑。對於高真空環境(低至約10-7mbar),可以使用(yòng)PFPE潤滑脂,因為它(tā)們(men)具有更高的耐蒸發性。對於(yú)超高真空環境(10-9mbar及以下),需要使用固體潤滑劑和塗料。
對於中等真空環境(大約10-2mbar),通過精(jīng)心設計和選擇(zé)特(tè)殊的真空潤滑脂(zhī),可(kě)以使軸承係統具有超過40,000小(xiǎo)時(約5年)的使用(yòng)壽命,並可以高速運行。實現。
耐腐蝕性能
打算在腐蝕性(xìng)環境中使用的(de)軸承需要特(tè)別配置,因為它們可能會暴露於酸,堿和鹽水(shuǐ)以及其他腐蝕性化學物質中。
材(cái)料
材料是腐蝕性環境的重要考慮(lǜ)因素。標準軸承鋼(gāng)容易腐蝕,導致(zhì)早期軸承故障。在這種(zhǒng)情況下,應考慮使(shǐ)用(yòng)帶陶瓷球的SV30環材(cái)料,因為它們具有很高的耐腐蝕性。實際上,研究表(biǎo)明,在鹽霧環境中,SV30材料的使用壽命比其他耐腐(fǔ)蝕鋼的(de)使用壽命長很多倍。在受控的鹽霧(wù)測試中,SV30鋼在經過1000小時的鹽霧測試後僅顯示出輕微的腐蝕跡象,並且在測試環上清楚(chǔ)地看到了SV30的高耐腐蝕性。特殊的陶瓷球材料(例如氧化鋯和碳化矽)也可以用於進一步提高軸承的耐腐蝕性物質。
從介質潤滑中獲得更多收益
最終的挑戰性環境是(shì)應用,其中介質充當潤滑劑,例如製冷劑,水或液壓油。在所(suǒ)有這些應用中,材料都是最重(chóng)要的考慮因素,並且(qiě)經常發現SV30–陶瓷混合軸承提供了最實用,理想(xiǎng)的解決方案。
結(jié)論
極端環境對標(biāo)準軸承提出了許多操作挑戰,從而導致它們過早失效。在這些應用中,應仔細配置(zhì)軸承,使其適合特定目的並提供出(chū)色的持久性能(néng)。為確保軸承的高可靠性,應特別注意潤滑,材料,表麵塗層和熱處理(lǐ)。