Ökad efterfrågan för att förbättra tillförlitligheten inom industrin innebär att ingenjörer måste överväga alla komponenter i sin utrustning.Lagersystem är kritiska delar i en maskin och deras fel kan få katastrofala och kostsamma konsekvenser.Lagerkonstruktionen har stor inverkan på tillförlitligheten, särskilt under extrema driftsförhållanden inklusive höga eller låga temperaturer, vakuum och korrosiva atmosfärer.Den här artikeln beskriver överväganden att ta när man specificerar lager för utmanande miljöer, så att ingenjörer kan säkerställa hög tillförlitlighet och utmärkt prestanda med lång livslängd för sin utrustning.

Ett lagersystem består av många element inklusive kulor, ringar, burar och smörjning till exempel.Standardlager klarar vanligtvis inte påfrestningarna i tuffa miljöer och därför måste särskild hänsyn tas till de enskilda delarna.De viktigaste elementen är smörjning, material och speciell värmebehandling eller beläggningar och genom att titta på varje faktor innebär det att lager kan konfigureras bäst för applikationen.

Fungerar vid hög temperatur

Högtemperaturapplikationer, såsom de som används i manöversystem inom flygindustrin, kan innebära utmaningar för standardlager.Dessutom stiger temperaturen i utrustningen när enheterna blir allt mindre och har ökad effekttäthet, och detta utgör ett problem för det genomsnittliga lagret.

Smörjning

Smörjning är en viktig faktor här.Oljor och fetter har maximala driftstemperaturer vid vilken punkt de börjar brytas ned och avdunstar snabbt vilket leder till lagerbrott.Standardfetter är ofta begränsade till en maxtemperatur på runt 120°C och vissa konventionella högtemperaturfetter kan motstå temperaturer på upp till 180°C.

Men för applikationer som kräver ännu högre temperaturer finns speciella fluorerade smörjfetter tillgängliga och temperaturer över 250°C kan uppnås.Där flytande smörjning inte är möjlig är fast smörjning ett alternativ som möjliggör tillförlitlig drift med låg hastighet vid ännu högre temperaturer.I detta fall rekommenderas molybdendisulfid (MOS2), volframdisulfid (WS2), grafit eller polytetrafluoreten (PTFE) som fasta smörjmedel eftersom de tål mycket höga temperaturer under längre perioder.

Material

När det gäller temperaturer över 300°C krävs speciella ring- och kulmaterial.AISI M50 är ett högtemperaturstål som vanligtvis rekommenderas eftersom det uppvisar hög slitage- och utmattningsbeständighet vid höga temperaturer.BG42 är ett annat högtemperaturstål som har en bra varmhårdhet vid 300°C och som vanligtvis specificeras eftersom det har höga nivåer av korrosionsbeständighet och dessutom är mindre känsligt för utmattning och slitage vid extrema temperaturer.

Högtemperaturburar krävs också och de kan levereras i speciella polymermaterial inklusive PTFE, polyimid, polyamid-imid (PAI) och polyeter-eter-keton (PEEK).För oljesmorda system med hög temperatur kan lagerhållare även tillverkas av brons, mässing eller silverpläterat stål.

Beläggningar och värmebehandling

Avancerade beläggningar och ytbehandlingar kan appliceras på lager för att motverka friktion, förhindra korrosion och minska slitage, vilket förbättrar lagerprestanda vid höga temperaturer.Till exempel kan stålburar beläggas med silver för att förbättra prestanda och tillförlitlighet.I fallet med smörjmedelsfel/svält fungerar silverplätering som ett fast smörjmedel, vilket gör att lagret kan fortsätta att gå under en kort tid eller i en nödsituation.

Tillförlitlighet vid låg temperatur

I andra änden av skalan kan låga temperaturer vara problematiska för standardlager.

Smörjning

I lågtemperaturapplikationer, till exempel kryogena pumpapplikationer med temperaturer i området -190°C, blir oljesmörjningar vaxartade vilket resulterar i lagerbrott.Solid smörjning som MOS2 eller WS2 är idealiska för att förbättra tillförlitligheten.Vidare, i dessa applikationer, kan mediet som pumpas fungera som smörjmedel, så lagren måste konfigureras speciellt för att arbeta vid dessa låga temperaturer med material som fungerar bra med mediet.

Material

Ett material som kan användas för att förbättra ett lagers utmattningslivslängd och slitstyrka är SV30® – ett martensitiskt genomhärdat, korrosionsbeständigt stål med hög kvävehalt.Keramiska bollar rekommenderas också eftersom de ger överlägsen prestanda.Materialets inneboende mekaniska egenskaper gör att de ger utmärkt drift under dåliga smörjförhållanden, och det är mycket bättre lämpat att arbeta pålitligt vid låga temperaturer.

Burmaterial bör också väljas för att vara så slitstarkt som möjligt och bra alternativ här inkluderar PEEK, polyklortrifluoretylen (PCTFE) och PAI-plaster.

Värmebehandling

Ringar bör värmebehandlas speciellt för att förbättra dimensionsstabiliteten vid låga temperaturer.

Invändig design

En ytterligare faktor för arbete i låga temperaturer är lagrets interna design.Lagren är utformade med en nivå av radiellt spel, men när temperaturen minskar genomgår lagerkomponenterna termisk sammandragning och mängden radiellt spel minskar därför.Om nivån av radiellt spel minskar till noll under drift kommer detta att resultera i lagerfel.Lager som är avsedda för lågtemperaturtillämpningar bör konstrueras med mer radiellt spel vid rumstemperaturer för att möjliggöra en acceptabel nivå för drift av radiellt spel vid låga temperaturer.

Hantera vakuumtrycket

I miljöer med ultrahögt vakuum som de som finns i tillverkning av elektronik, halvledare och LCD-skärmar, kan trycket vara lägre än 10-7mbar.Ultrahögvakuumlager används vanligtvis i manöverutrustning inom tillverkningsmiljön.En annan typisk vakuumapplikation är turbomolekylära pumpar (TMP) som genererar vakuumet för tillverkningsmiljöer.I denna senare tillämpning krävs ofta att lagren arbetar med hög hastighet.

Smörjning

Smörjning under dessa förhållanden är nyckeln.Vid så höga vakuum avdunstar standardsmörjfetter och även avgaser, och avsaknaden av effektiv smörjning kan resultera i lagerbrott.Specialsmörjning behöver därför användas.För högvakuummiljöer (ned till cirka 10-7 mbar) kan PFPE-fetter användas eftersom de har mycket högre motståndskraft mot avdunstning.För miljöer med ultrahögt vakuum (10-9 mbar och lägre) måste fasta smörjmedel och beläggningar användas.

För medelstora vakuummiljöer (cirka 10-2mbar), med noggrann design och val av specialvakuumfett, kan lagersystem som levererar långa livstider på mer än 40 000 timmar (cirka 5 år) av kontinuerlig användning och arbetar med höga hastigheter. uppnått.

Korrosionsbeständighet

Lager som är avsedda för användning i en korrosiv miljö måste konfigureras speciellt eftersom de potentiellt kan utsättas för syror, alkalier och saltvatten bland andra frätande kemikalier.

Material

Material är en viktig faktor för korrosiva miljöer.Standardlagerstål korroderar lätt, vilket leder till tidigt lagerbrott.I detta fall bör SV30-ringmaterial med keramiska kulor övervägas eftersom de är mycket motståndskraftiga mot korrosion.Studier har faktiskt visat att SV30-material kan hålla många gånger längre än annat korrosionsbeständigt stål i saltspraymiljö.I kontrollerade saltspraytester visar SV30 stål endast små tecken på korrosion efter 1 000 timmars saltspraytestning (se diagram 1) och SV30:s höga korrosionsbeständighet syns tydligt på testringarna.Speciella keramiska kulmaterial som zirkoniumoxid och kiselkarbid kan också användas för att ytterligare öka ett lagers motståndskraft mot frätande ämnen.

Få ut mer av mediasmörjning

Den sista utmanande miljön är applikationer där media fungerar som smörjmedel, till exempel köldmedier, vatten eller hydraulvätskor.I alla dessa applikationer är materialet den viktigaste faktorn, och SV30 – keramiska hybridlager har ofta visat sig vara den mest praktiska och pålitliga lösningen.

Slutsats

Extrema miljöer innebär många operativa utmaningar för standardlager, vilket gör att de går sönder i förtid.I dessa applikationer bör lager vara noggrant konfigurerade så att de är lämpliga för ändamålet och ger utmärkt långvarig prestanda.För att säkerställa hög tillförlitlighet hos lager bör särskild uppmärksamhet ägnas åt smörjning, material, ytbeläggningar och värmebehandling.