Øget efterspørgsel for at forbedre pålideligheden på tværs af industrien betyder, at ingeniører skal overveje alle komponenter i deres udstyr.Lejesystemer er kritiske dele i en maskine, og deres fejl kan have katastrofale og dyre konsekvenser.Lejedesignet har stor indflydelse på pålideligheden, især under ekstreme driftsforhold, herunder høje eller lave temperaturer, vakuum og korrosive atmosfærer.Denne artikel skitserer overvejelser, man skal tage, når man specificerer lejer til udfordrende miljøer, så ingeniører kan sikre høj pålidelighed og fremragende ydeevne med lang levetid for deres udstyr.

Et lejesystem omfatter mange elementer, f.eks. kugler, ringe, bure og smøring.Standardlejer tåler typisk ikke belastningen i barske miljøer, og derfor skal der tages særlige hensyn til de enkelte dele.De vigtigste elementer er smøring, materialer og speciel varmebehandling eller belægninger, og ved at se på hver faktor betyder det, at lejer bedst kan konfigureres til anvendelsen.

Kører ved høj temperatur

Højtemperaturapplikationer, såsom dem, der anvendes i aktiveringssystemer inden for luftfartsindustrien, kan give udfordringer for standardlejer.Ydermere stiger temperaturerne i udstyret, efterhånden som enheder bliver stadig mindre og har øget effekttæthed, og dette udgør et problem for det gennemsnitlige leje.

Smøring

Smøring er en vigtig overvejelse her.Olier og fedtstoffer har maksimale driftstemperaturer, hvor de vil begynde at nedbrydes og fordampe hurtigt, hvilket fører til lejefejl.Standardfedt er ofte begrænset til en maksimal temperatur på omkring 120°C, og nogle konventionelle højtemperaturfedter er i stand til at modstå temperaturer på op til 180°C.

Til applikationer, der kræver endnu højere temperaturer, er specielle fluorerede smørefedt tilgængelige, og temperaturer på over 250°C kan opnås.Hvor flydende smøring ikke er mulig, er fast smøring en mulighed, som muliggør pålidelig drift med lav hastighed ved endnu højere temperaturer.I dette tilfælde anbefales molybdændisulfid (MOS2), wolframdisulfid (WS2), grafit eller polytetrafluorethylen (PTFE) som faste smøremidler, da de kan tåle meget høje temperaturer i længere perioder.

Materialer

Når det kommer til temperaturer over 300°C er specielle ring- og kuglematerialer nødvendige.AISI M50 er et højtemperaturstål, der typisk anbefales, da det udviser høj slid- og udmattelsesbestandighed ved høje temperaturer.BG42 er et andet højtemperaturstål, der har en god varmhårdhed ved 300°C og er almindeligvis specificeret, da det har høje niveauer af korrosionsbestandighed og også er mindre modtageligt for træthed og slid ved ekstreme temperaturer.

Højtemperaturbure er også påkrævet, og de kan leveres i specielle polymermaterialer, herunder PTFE, polyimid, polyamid-imid (PAI) og polyether-ether-keton (PEEK).Til højtemperatur oliesmurte systemer kan lejebure også fremstilles af bronze, messing eller sølvbelagt stål.

Belægninger og varmebehandling

Avancerede belægninger og overfladebehandlinger kan påføres lejer for at bekæmpe friktion, forhindre korrosion og reducere slid og dermed forbedre lejeydelsen ved høje temperaturer.For eksempel kan stålbure belægges med sølv for at forbedre ydeevne og pålidelighed.I tilfælde af smøremiddelsvigt/udsultning virker forsølvningen som et solidt smøremiddel, der gør det muligt for lejet at fortsætte med at køre i en kort periode eller i en nødsituation.

Pålidelighed ved lav temperatur

I den anden ende af skalaen kan lave temperaturer være problematiske for standardlejer.

Smøring

I lavtemperaturapplikationer, for eksempel kryogene pumpeapplikationer med temperaturer i området -190°C, bliver oliesmøring voksagtig, hvilket resulterer i lejefejl.Solid smøring såsom MOS2 eller WS2 er ideelle til at forbedre pålideligheden.I disse applikationer kan mediet, der pumpes, desuden fungere som smøremiddel, så lejerne skal konfigureres specielt til at fungere ved disse lave temperaturer ved hjælp af materialer, der fungerer godt sammen med mediet.

Materialer

Et materiale, der kan bruges til at forbedre et lejes udmattelseslevetid og slidstyrke, er SV30® – et martensitisk gennemhærdet, korrosionsbestandigt stål med højt nitrogenindhold.Keramiske kugler anbefales også, da de leverer overlegen ydeevne.Materialets iboende mekaniske egenskaber betyder, at de giver fremragende drift under dårlige smøreforhold, og det er langt bedre egnet til at fungere pålideligt ved lave temperaturer.

Burmateriale bør også vælges til at være så slidstærkt som muligt, og gode muligheder her inkluderer PEEK, polychlortrifluorethylen (PCTFE) og PAI-plast.

Varmebehandling

Ringe bør varmebehandles specielt for at forbedre dimensionsstabiliteten ved lave temperaturer.

Indvendigt design

En yderligere overvejelse ved arbejde i lave temperaturer er lejets indvendige design.Lejer er designet med et niveau af radialt slør, men efterhånden som temperaturen falder, gennemgår lejekomponenterne termisk sammentrækning, og mængden af ​​radialt slør reduceres derfor.Hvis niveauet af radial slør reduceres til nul under drift, vil dette resultere i lejefejl.Lejer, der er beregnet til lavtemperaturapplikationer, bør designes med mere radialt slør ved stuetemperaturer for at tillade et acceptabelt niveau for drift af radialt slør ved lave temperaturer.

Håndtering af vakuumtrykket

I miljøer med ultrahøjt vakuum, såsom dem, der er til stede i fremstilling af elektronik, halvledere og LCD'er, kan trykket være lavere end 10-7 mbar.Ultrahøjvakuumlejer bruges typisk i aktiveringsudstyr i produktionsmiljøet.En anden typisk vakuumanvendelse er turbomolekylære pumper (TMP), som genererer vakuum til fremstillingsmiljøer.I denne sidstnævnte anvendelse skal lejerne ofte arbejde ved høj hastighed.

Smøring

Smøring under disse forhold er nøglen.Ved så høje vakuum fordamper standardsmørefedt og afgiver også gas, og manglen på effektiv smøring kan resultere i lejefejl.Der skal derfor anvendes speciel smøring.Til højvakuummiljøer (ned til ca. 10-7 mbar) kan PFPE-fedt bruges, da de har en meget højere modstandsdygtighed over for fordampning.Til miljøer med ultrahøjt vakuum (10-9 mbar og derunder) skal der anvendes faste smøremidler og belægninger.

Til medium vakuummiljøer (omkring 10-2mbar), med omhyggeligt design og udvælgelse af specielt vakuumfedt, kan lejesystemer, der leverer lange levetider på mere end 40.000 timers (ca. 5 år) kontinuerlig brug og opererer ved høje hastigheder. opnået.

Korrosionsbestandighed

Lejer, der er beregnet til brug i et ætsende miljø, skal konfigureres specielt, da de potentielt kan blive udsat for syrer, baser og saltvand blandt andre ætsende kemikalier.

Materialer

Materialer er en vigtig overvejelse for korrosive miljøer.Standardlejestål korroderer let, hvilket fører til tidlig lejefejl.I dette tilfælde bør SV30-ringmateriale med keramiske kugler overvejes, da de er meget modstandsdygtige over for korrosion.Faktisk har undersøgelser vist, at SV30-materiale kan holde mange gange længere end andet korrosionsbestandigt stål i et saltspraymiljø.I kontrollerede saltspraytest viser SV30 stål kun små tegn på korrosion efter 1.000 timers saltspraytest (se graf 1), og SV30's høje korrosionsbestandighed ses tydeligt på testringene.Særlige keramiske kuglematerialer som zirconia og siliciumcarbid kan også bruges til yderligere at øge et lejes modstandsdygtighed over for ætsende stoffer.

Få mere ud af mediesmøring

Det sidste udfordrende miljø er applikationer, hvor mediet fungerer som smøremiddel, for eksempel kølemidler, vand eller hydrauliske væsker.I alle disse applikationer er materialet den vigtigste overvejelse, og SV30 – keramiske hybridlejer har ofte vist sig at give den mest praktiske og pålidelige løsning.

Konklusion

Ekstreme miljøer giver standardlejer mange driftsmæssige udfordringer, hvilket får dem til at svigte for tidligt.I disse applikationer skal lejer konfigureres omhyggeligt, så de er egnede til formålet og leverer fremragende langtidsholdbar ydeevne.For at sikre høj pålidelighed af lejer bør der lægges særlig vægt på smøring, materialer, overfladebelægninger og varmebehandling.