افزایش تقاضا برای بهبود قابلیت اطمینان در سراسر صنعت به این معنی است که مهندسان باید تمام اجزای تجهیزات خود را در نظر بگیرند.سیستم های بلبرینگ قطعات حیاتی یک ماشین هستند و خرابی آنها می تواند عواقب فاجعه بار و پرهزینه ای داشته باشد.طراحی یاتاقان تأثیر عمده ای بر قابلیت اطمینان، به ویژه در شرایط عملیاتی شدید از جمله دماهای بالا یا پایین، خلاء و جوهای خورنده دارد.این مقاله ملاحظاتی را که باید هنگام تعیین یاتاقان‌ها برای محیط‌های چالش برانگیز در نظر گرفت، بیان می‌کند تا مهندسان بتوانند از قابلیت اطمینان بالا و عملکرد طولانی مدت تجهیزات خود اطمینان حاصل کنند.

یک سیستم بلبرینگ شامل عناصر بسیاری از جمله گوی ها، حلقه ها، قفس ها و روانکاری است.یاتاقان‌های استاندارد معمولاً در برابر سختی‌های محیط‌های خشن مقاومت نمی‌کنند و بنابراین باید توجه ویژه‌ای به قطعات جداگانه انجام شود.مهمترین عناصر روانکاری، مواد و عملیات حرارتی یا پوشش های ویژه هستند و با بررسی هر یک از عوامل می توان بلبرینگ ها را برای کاربرد به بهترین شکل پیکربندی کرد.

کارکرد در دمای بالا

کاربردهای دمای بالا، مانند مواردی که در سیستم‌های محرک در صنعت هوافضا استفاده می‌شود، می‌تواند چالش‌هایی را برای یاتاقان‌های استاندارد ایجاد کند.علاوه بر این، دما در تجهیزات افزایش می یابد زیرا واحدها به طور فزاینده کوچکتر می شوند و چگالی توان را افزایش می دهند، و این مسئله برای یاتاقان متوسط ​​ایجاد می کند.

روغن کاری

در اینجا روغن کاری یک نکته مهم است.روغن ها و گریس ها دارای حداکثر دمای عملیاتی هستند که در آن نقطه شروع به تخریب و تبخیر سریع می کنند که منجر به خرابی یاتاقان می شود.گریس های استاندارد اغلب به حداکثر دمای حدود 120 درجه سانتیگراد محدود می شوند و برخی از گریس های معمولی با دمای بالا قادر به مقاومت در برابر درجه حرارت تا 180 درجه سانتیگراد هستند.

با این حال، برای کاربردهایی که به دماهای بالاتر نیاز دارند، گریس های روان کننده فلوئوردار ویژه در دسترس هستند و دمای بیش از 250 درجه سانتیگراد قابل دستیابی است.در جاهایی که روانکاری مایع امکان پذیر نیست، روانکاری جامد گزینه ای است که امکان کارکرد قابل اطمینان با سرعت پایین در دماهای بالاتر را فراهم می کند.در این مورد دی سولفید مولیبدن (MOS2)، دی سولفید تنگستن (WS2)، گرافیت یا پلی تترافلوئورواتیلن (PTFE) به عنوان روان کننده های جامد توصیه می شوند زیرا می توانند دماهای بسیار بالا را برای مدت زمان طولانی تری تحمل کنند.

مواد

وقتی صحبت از دمای بیش از 300 درجه سانتیگراد می شود، مواد حلقه و توپ مخصوص لازم است.AISI M50 یک فولاد با دمای بالا است که معمولاً توصیه می شود زیرا مقاومت بالایی در برابر سایش و خستگی در دماهای بالا نشان می دهد.BG42 یکی دیگر از فولادهای با دمای بالا است که دارای سختی گرم خوب در دمای 300 درجه سانتیگراد است و معمولاً مشخص می شود زیرا دارای سطوح بالایی از مقاومت در برابر خوردگی است و همچنین کمتر در معرض خستگی و سایش در دماهای شدید است.

قفس‌هایی با دمای بالا نیز مورد نیاز هستند و می‌توان آن‌ها را در مواد پلیمری خاص از جمله PTFE، پلی‌آمید، پلی‌آمید-ایمید (PAI) و پلی‌اتر-اتر-کتون (PEEK) عرضه کرد.برای سیستم های روغن کاری شده با دمای بالا، قفس های بلبرینگ را می توان از فولاد برنز، برنج یا با روکش نقره نیز ساخت.

پوشش ها و عملیات حرارتی

برای مقابله با اصطکاک، جلوگیری از خوردگی و کاهش سایش، می‌توان از پوشش‌های پیشرفته و درمان‌های سطحی برای یاتاقان‌ها استفاده کرد و در نتیجه عملکرد بلبرینگ را در دماهای بالا بهبود بخشید.به عنوان مثال، قفس های فولادی را می توان با نقره پوشاند تا عملکرد و قابلیت اطمینان را بهبود بخشد.در مورد خرابی روانکار/گرسنگی، آبکاری نقره مانند یک روان کننده جامد عمل می کند و به بلبرینگ اجازه می دهد برای مدت کوتاهی یا در شرایط اضطراری به کار خود ادامه دهد.

قابلیت اطمینان در دمای پایین

در انتهای دیگر مقیاس، دمای پایین می تواند برای یاتاقان های استاندارد مشکل ساز باشد.

روغن کاری

در کاربردهای دمای پایین، به عنوان مثال کاربردهای پمپاژ برودتی با دمای 190- درجه سانتیگراد، روغن کاری روغن مومی می شود و در نتیجه یاتاقان خراب می شود.روانکاری جامد مانند MOS2 یا WS2 برای بهبود قابلیت اطمینان ایده آل هستند.علاوه بر این، در این کاربردها، رسانه پمپ شده می تواند به عنوان روان کننده عمل کند، بنابراین یاتاقان ها باید به طور خاص پیکربندی شوند تا در این دماهای پایین با استفاده از موادی که به خوبی با رسانه کار می کنند، کار کنند.

مواد

یکی از موادی که می تواند برای بهبود عمر خستگی و مقاومت در برابر سایش یاتاقان استفاده شود SV30® است - یک فولاد مارتنزیتی سخت شده، با نیتروژن بالا و مقاوم در برابر خوردگی.توپ های سرامیکی نیز توصیه می شود زیرا عملکرد عالی ارائه می دهند.خواص مکانیکی ذاتی مواد به این معنی است که آنها عملکرد عالی را در شرایط روانکاری ضعیف ارائه می دهند و برای عملکرد قابل اعتماد در دماهای پایین بسیار مناسب تر است.

مواد قفس نیز باید به گونه‌ای انتخاب شوند که تا حد امکان مقاوم به سایش باشند و گزینه‌های خوب در اینجا شامل پلاستیک‌های PEEK، پلی کلروتری فلوئورواتیلن (PCTFE) و PAI است.

حرارت درمانی

حلقه ها باید به طور ویژه تحت عملیات حرارتی قرار گیرند تا ثبات ابعادی در دماهای پایین بهبود یابد.

طراحی داخلی

نکته دیگری که برای کار در دماهای پایین مورد توجه قرار می گیرد، طراحی داخلی بلبرینگ است.یاتاقان ها با سطح بازی شعاعی طراحی می شوند، اما با کاهش دما، اجزای یاتاقان تحت انقباض حرارتی قرار می گیرند و بنابراین میزان بازی شعاعی کاهش می یابد.اگر سطح بازی شعاعی در حین کار به صفر برسد، منجر به خرابی یاتاقان می شود.یاتاقان هایی که برای کاربردهای دمای پایین در نظر گرفته شده اند باید با بازی شعاعی بیشتری در دمای اتاق طراحی شوند تا سطح قابل قبولی از بازی شعاعی عملکرد در دماهای پایین فراهم شود.

کنترل فشار خلاء

در محیط‌های خلاء فوق‌العاده بالا مانند محیط‌هایی که در تولید لوازم الکترونیکی، نیمه‌رساناها و LCD‌ها وجود دارند، فشار می‌تواند کمتر از 10-7mbar باشد.بلبرینگ های خلاء فوق العاده بالا معمولاً در تجهیزات محرک در محیط تولید استفاده می شود.یکی دیگر از کاربردهای معمول خلاء، پمپ های توربومولکولی (TMP) است که خلاء را برای محیط های تولیدی تولید می کند.در این کاربرد اخیر، یاتاقان ها اغلب باید با سرعت بالا کار کنند.

روغن کاری

روغن کاری در این شرایط کلیدی است.در چنین خلاءهای بالایی، گریس های روانکاری استاندارد تبخیر می شوند و همچنین گاز خارج می شوند و عدم روانکاری موثر می تواند منجر به خرابی یاتاقان شود.بنابراین باید از روغن کاری ویژه استفاده شود.برای محیط‌های با خلاء بالا (تا حدود 10-7 میلی‌بار) می‌توان از گریس‌های PFPE استفاده کرد زیرا مقاومت بسیار بالاتری در برابر تبخیر دارند.برای محیط های با خلاء فوق العاده بالا (10 تا 9 بار و کمتر) باید از روان کننده ها و پوشش های جامد استفاده شود.

برای محیط‌های خلاء متوسط ​​(حدود 10 تا 2 بار)، با طراحی دقیق و انتخاب گریس خلاء مخصوص، سیستم‌های بلبرینگی که عمر طولانی بیش از 40000 ساعت (تقریباً 5 سال) استفاده مداوم را ارائه می‌دهند و با سرعت‌های بالا کار می‌کنند، می‌توانند به دست آورد.

مقاومت در برابر خوردگی

بلبرینگ هایی که برای استفاده در محیط های خورنده در نظر گرفته شده اند باید به طور خاص پیکربندی شوند زیرا می توانند در معرض اسیدها، قلیایی ها و آب نمک در میان سایر مواد شیمیایی خورنده قرار گیرند.

مواد

مواد برای محیط های خورنده اهمیتی حیاتی دارند.فولادهای بلبرینگ استاندارد به آسانی خورده می شوند و منجر به شکست زودرس یاتاقان می شود.در این مورد باید مواد حلقه SV30 با گوی های سرامیکی در نظر گرفته شود زیرا در برابر خوردگی بسیار مقاوم هستند.در واقع، مطالعات نشان داده است که مواد SV30 می تواند چندین برابر بیشتر از سایر فولادهای مقاوم در برابر خوردگی در یک محیط اسپری نمک دوام بیاورد.در آزمایشات کنترل شده با پاشش نمک، فولاد SV30 تنها پس از 1000 ساعت آزمایش اسپری نمک، نشانه های خفیفی از خوردگی را نشان می دهد (نمودار 1 را ببینید) و مقاومت به خوردگی بالای SV30 به وضوح روی حلقه های آزمایشی دیده می شود.برای افزایش بیشتر مقاومت یاتاقان در برابر مواد خورنده، می توان از مواد گلوله سرامیکی ویژه مانند زیرکونیا و سیلیکون کاربید نیز استفاده کرد.

دریافت بیشتر از روانکاری رسانه ها

محیط چالش برانگیز نهایی، کاربردهایی است که در آن رسانه به عنوان روان کننده عمل می کند، به عنوان مثال مبرد، آب، یا سیالات هیدرولیک.در همه این کاربردها، ماده مهم ترین نکته است و یاتاقان های هیبریدی سرامیکی SV30 اغلب کاربردی ترین و قابل اعتمادترین راه حل را ارائه می دهند.

نتیجه

محیط‌های شدید چالش‌های عملیاتی زیادی را برای یاتاقان‌های استاندارد ایجاد می‌کنند، در نتیجه باعث از کار افتادن زودهنگام آن‌ها می‌شوند.در این کاربردها یاتاقان ها باید به دقت پیکربندی شوند تا برای هدف مناسب باشند و عملکرد طولانی مدت عالی ارائه دهند.برای اطمینان از قابلیت اطمینان بالای بلبرینگ ها باید به روغن کاری، مواد، پوشش های سطحی و عملیات حرارتی توجه ویژه ای شود.