Økt etterspørsel for å forbedre påliteligheten på tvers av industrien betyr at ingeniører må vurdere alle komponenter i utstyret deres.Lagersystemer er kritiske deler i en maskin og svikt kan få katastrofale og kostbare konsekvenser.Lagerdesignet har stor innvirkning på påliteligheten, spesielt under ekstreme driftsforhold, inkludert høye eller lave temperaturer, vakuum og korrosive atmosfærer.Denne artikkelen skisserer hensyn du bør ta når du spesifiserer lagre for utfordrende miljøer, slik at ingeniører kan sikre høy pålitelighet og utmerket ytelse med lang levetid for utstyret deres.

Et lagersystem består av mange elementer, inkludert kuler, ringer, bur og smøring for eksempel.Standard lagre tåler vanligvis ikke påkjenningene i tøffe miljøer, og derfor må det tas spesielle hensyn til de enkelte delene.De viktigste elementene er smøring, materialer og spesiell varmebehandling eller belegg, og ved å se på hver faktor betyr det at lagrene kan konfigureres best for bruken.

Fungerer ved høy temperatur

Høytemperaturapplikasjoner, slik som de som brukes i aktiveringssystemer innen romfartsindustrien, kan by på utfordringer for standardlager.Videre øker temperaturene i utstyret ettersom enhetene blir stadig mindre og har økt krafttetthet, og dette utgjør et problem for gjennomsnittslageret.

Smøring

Smøring er en viktig faktor her.Oljer og fett har maksimale driftstemperaturer, da vil de begynne å brytes ned og fordampe raskt, noe som fører til lagerfeil.Standard smørefett er ofte begrenset til en maksimal temperatur på rundt 120°C, og noen konvensjonelle høytemperaturfett er i stand til å motstå temperaturer på opptil 180°C.

For applikasjoner som krever enda høyere temperaturer er spesielle fluorerte smørefett tilgjengelig og temperaturer over 250°C kan oppnås.Der flytende smøring ikke er mulig, er solid smøring et alternativ som muliggjør pålitelig drift med lav hastighet ved enda høyere temperaturer.I dette tilfellet anbefales molybdendisulfid (MOS2), wolframdisulfid (WS2), grafitt eller polytetrafluoretylen (PTFE) som faste smøremidler da de tåler svært høye temperaturer i lengre perioder.

Materialer

Når det gjelder temperaturer over 300°C er det nødvendig med spesielle ring- og kulematerialer.AISI M50 er et høytemperaturstål som vanligvis anbefales da det utviser høy slitasje- og utmattelsesbestandighet ved høye temperaturer.BG42 er et annet høytemperaturstål som har en god varmhardhet ved 300°C og er ofte spesifisert siden det har høye nivåer av korrosjonsmotstand og også er mindre utsatt for tretthet og slitasje ved ekstreme temperaturer.

Høytemperaturbur er også nødvendig, og de kan leveres i spesielle polymermaterialer, inkludert PTFE, polyimid, polyamid-imid (PAI) og polyeter-eter-keton (PEEK).For høytemperatur oljesmurte systemer kan lagerbur også produseres av bronse, messing eller sølvbelagt stål.

Belegg og varmebehandling

Avanserte belegg og overflatebehandlinger kan påføres lagre for å bekjempe friksjon, forhindre korrosjon og redusere slitasje, og dermed forbedre lagerytelsen ved høye temperaturer.For eksempel kan stålbur belegges med sølv for å forbedre ytelsen og påliteligheten.Ved svikt i smøremiddel/sult fungerer forsølvbelegget som et solid smøremiddel, og lar lageret fortsette å gå i en kort periode eller i en nødsituasjon.

Pålitelighet ved lav temperatur

I den andre enden av skalaen kan lave temperaturer være problematiske for standard lagre.

Smøring

I lavtemperaturapplikasjoner, for eksempel kryogene pumpeapplikasjoner med temperaturer i området -190°C, blir oljesmøring voksaktig, noe som resulterer i lagersvikt.Solid smøring som MOS2 eller WS2 er ideelle for å forbedre påliteligheten.Videre, i disse applikasjonene, kan mediet som pumpes fungere som smøremiddel, så lagrene må konfigureres spesielt for å fungere ved disse lave temperaturene ved å bruke materialer som fungerer godt med mediet.

Materialer

Et materiale som kan brukes til å forbedre et lagers utmattelseslevetid og slitestyrke er SV30® – et martensittisk gjennomherdet, korrosjonsbestandig stål med høyt nitrogeninnhold.Keramiske kuler anbefales også da de gir overlegen ytelse.De iboende mekaniske egenskapene til materialet gjør at de gir utmerket drift under dårlige smøreforhold, og det er langt bedre egnet til å fungere pålitelig ved lave temperaturer.

Burmateriale bør også velges for å være så slitesterkt som mulig, og gode alternativer her inkluderer PEEK, polyklortrifluoretylen (PCTFE) og PAI-plast.

Varmebehandling

Ringer bør varmebehandles spesielt for å forbedre dimensjonsstabiliteten ved lave temperaturer.

Innvendig design

En ytterligere vurdering for arbeid i lave temperaturer er lagerets innvendige design.Lagre er utformet med et nivå av radiell klaring, men etter hvert som temperaturen reduseres, gjennomgår lagerkomponentene termisk sammentrekning og mengden av radiell klaring reduseres derfor.Hvis nivået av radiell klaring reduseres til null under drift, vil dette resultere i lagersvikt.Lagre som er beregnet for lavtemperaturapplikasjoner bør utformes med mer radiell klaring ved romtemperaturer for å tillate et akseptabelt nivå for drift av radiell klaring ved lave temperaturer.

Håndtere vakuumtrykket

I miljøer med ultrahøyt vakuum som de som er tilstede i produksjon av elektronikk, halvledere og LCD-skjermer, kan trykket være lavere enn 10-7 mbar.Ultrahøyvakuumlagre brukes vanligvis i aktiveringsutstyr i produksjonsmiljøet.En annen typisk vakuumapplikasjon er turbomolekylære pumper (TMP) som genererer vakuumet for produksjonsmiljøer.I denne sistnevnte applikasjonen kreves det ofte at lagrene jobber med høy hastighet.

Smøring

Smøring under disse forholdene er nøkkelen.Ved så høye vakuum fordamper standard smørefett og avgir også gass, og mangel på effektiv smøring kan føre til lagersvikt.Spesiell smøring må derfor brukes.For høyvakuummiljøer (ned til ca. 10-7 mbar) kan PFPE-fett brukes da de har en mye høyere motstand mot fordampning.For miljøer med ultrahøyt vakuum (10-9 mbar og lavere) må det brukes faste smøremidler og belegg.

For medium vakuummiljøer (rundt 10-2mbar), med nøye utforming og valg av spesialvakuumfett, kan lagersystemer som leverer lang levetid på mer enn 40 000 timer (omtrent 5 år) med kontinuerlig bruk, og som opererer ved høye hastigheter, brukes oppnådd.

Korrosjonsbestandighet

Lagre som er beregnet for bruk i et korrosivt miljø må konfigureres spesielt, da de potensielt kan bli utsatt for syrer, alkalier og saltvann blant andre etsende kjemikalier.

Materialer

Materialer er en viktig faktor for korrosive miljøer.Standard lagerstål korroderer lett, noe som fører til tidlig lagersvikt.I dette tilfellet bør SV30-ringmateriale med keramiske kuler vurderes da de er svært motstandsdyktige mot korrosjon.Faktisk har studier vist at SV30-materiale kan vare mange ganger lenger enn annet korrosjonsbestandig stål i et saltspraymiljø.I kontrollerte saltspraytester viser SV30-stål kun små tegn til korrosjon etter 1000 timers saltspraytesting (se graf 1) og SV30s høye korrosjonsmotstand ses tydelig på testringene.Spesielle keramiske kulematerialer som Zirconia og Silisium Carbide kan også brukes for å ytterligere øke et lagers motstand mot etsende stoffer.

Få mer ut av mediesmøring

Det siste utfordrende miljøet er applikasjoner der media fungerer som smøremiddel, for eksempel kjølemedier, vann eller hydrauliske væsker.I alle disse bruksområdene er materialet det viktigste hensynet, og SV30 – keramiske hybridlager har ofte vist seg å gi den mest praktiske og pålitelige løsningen.

Konklusjon

Ekstreme miljøer byr på mange operasjonelle utfordringer for standard lagre, og får dem til å svikte for tidlig.I disse applikasjonene bør lagrene konfigureres nøye slik at de er egnet til formålet og gir utmerket langvarig ytelse.For å sikre høy pålitelighet av lagre bør spesiell oppmerksomhet rettes mot smøring, materialer, overflatebelegg og varmebehandling.