Door de toegenomen vraag om de betrouwbaarheid in de hele industrie te verbeteren, moeten technici rekening houden met alle componenten van hun apparatuur.Lagersystemen zijn kritieke onderdelen van een machine en het falen ervan kan catastrofale en kostbare gevolgen hebben.Het lagerontwerp heeft een grote invloed op de betrouwbaarheid, vooral in extreme bedrijfsomstandigheden, waaronder hoge of lage temperaturen, vacuüm en corrosieve atmosferen.Dit artikel beschrijft de overwegingen die moeten worden genomen bij het specificeren van lagers voor uitdagende omgevingen, zodat ingenieurs een hoge betrouwbaarheid en uitstekende prestaties met een lange levensduur van hun apparatuur kunnen garanderen.

Een lagersysteem bestaat uit vele elementen zoals kogels, ringen, kooien en smering bijvoorbeeld.Standaardlagers zijn doorgaans niet bestand tegen de ontberingen van ruwe omgevingen en daarom moet speciale aandacht worden besteed aan de afzonderlijke onderdelen.De belangrijkste elementen zijn smering, materialen en speciale warmtebehandelingen of coatings en door naar elke factor te kijken, kunnen lagers het best worden geconfigureerd voor de toepassing.

Werkend bij hoge temperatuur

Toepassingen bij hoge temperaturen, zoals die worden gebruikt in aandrijfsystemen in de lucht- en ruimtevaartindustrie, kunnen uitdagingen opleveren voor standaardlagers.Bovendien stijgen de temperaturen in apparatuur omdat eenheden steeds kleiner worden en een grotere vermogensdichtheid hebben, en dit vormt een probleem voor de gemiddelde lager.

smering

Smering is hierbij een belangrijke overweging.Oliën en vetten hebben maximale bedrijfstemperaturen, waarna ze beginnen te degraderen en snel verdampen, wat leidt tot lagerstoringen.Standaardvetten zijn vaak beperkt tot een maximale temperatuur van ongeveer 120°C en sommige conventionele vetten voor hoge temperaturen zijn bestand tegen temperaturen tot 180°C.

Voor toepassingen die nog hogere temperaturen vereisen, zijn echter speciale gefluoreerde smeervetten beschikbaar en zijn temperaturen van meer dan 250°C haalbaar.Waar vloeibare smering niet mogelijk is, is vaste smering een optie die een betrouwbare werking bij lage snelheid bij nog hogere temperaturen mogelijk maakt.In dit geval worden molybdeendisulfide (MOS2), wolfraamdisulfide (WS2), grafiet of polytetrafluorethyleen (PTFE) aanbevolen als vaste smeermiddelen omdat ze zeer hoge temperaturen gedurende langere tijd kunnen verdragen.

Materialen

Bij temperaturen boven 300°C zijn speciale ring- en kogelmaterialen nodig.AISI M50 is een staal voor hoge temperaturen dat doorgaans wordt aanbevolen omdat het een hoge slijtvastheid en weerstand tegen vermoeiing vertoont bij hoge temperaturen.BG42 is een ander staal voor hoge temperaturen met een goede hardheid bij warme temperaturen bij 300°C en wordt vaak gespecificeerd omdat het een hoge mate van corrosieweerstand heeft en ook minder gevoelig is voor vermoeidheid en slijtage bij extreme temperaturen.

Kooien voor hoge temperaturen zijn ook vereist en deze kunnen worden geleverd in speciale polymeermaterialen, waaronder PTFE, Polyimide, Polyamide-imide (PAI) en Polyether-ether-keton (PEEK).Voor oliegesmeerde systemen met hoge temperatuur kunnen lagerkooien ook worden vervaardigd uit brons, messing of verzilverd staal.

Coatings en warmtebehandeling

Geavanceerde coatings en oppervlaktebehandelingen kunnen op lagers worden aangebracht om wrijving tegen te gaan, corrosie te voorkomen en slijtage te verminderen, waardoor de lagerprestaties bij hoge temperaturen worden verbeterd.Stalen kooien kunnen bijvoorbeeld worden gecoat met zilver om de prestaties en betrouwbaarheid te verbeteren.In het geval van een defect/uithongering van het smeermiddel, werkt de verzilvering als een vast smeermiddel, waardoor het lager gedurende een korte periode of in een noodsituatie kan blijven draaien.

Betrouwbaarheid bij lage temperatuur

Aan de andere kant van de schaal kunnen lage temperaturen problematisch zijn voor standaardlagers.

smering

In toepassingen bij lage temperaturen, bijvoorbeeld cryogene pomptoepassingen met temperaturen in de buurt van -190°C, worden oliesmeringen wasachtig, wat resulteert in lageruitval.Vaste smering zoals MOS2 of WS2 zijn ideaal voor het verbeteren van de betrouwbaarheid.Bovendien kunnen bij deze toepassingen de media die worden verpompt als smeermiddel fungeren, dus de lagers moeten speciaal worden geconfigureerd om bij deze lage temperaturen te werken met materialen die goed met de media samenwerken.

Materialen

Een materiaal dat kan worden gebruikt om de vermoeiingslevensduur en slijtvastheid van een lager te verbeteren, is SV30® - een martensitisch, doorgehard, corrosiebestendig staal met een hoog stikstofgehalte.Keramische ballen worden ook aanbevolen omdat ze superieure prestaties leveren.De inherente mechanische eigenschappen van het materiaal zorgen voor een uitstekende werking bij slechte smeringsomstandigheden, en het is veel beter geschikt om betrouwbaar te werken bij lage temperaturen.

Kooimateriaal moet ook zo slijtvast mogelijk worden gekozen en goede opties zijn hier PEEK, polychloortrifluorethyleen (PCTFE) en PAI-kunststoffen.

Hittebehandeling

Ringen moeten een speciale warmtebehandeling ondergaan om de maatvastheid bij lage temperaturen te verbeteren.

Intern ontwerp

Een andere overweging voor het werken bij lage temperaturen is het interne ontwerp van het lager.Lagers zijn ontworpen met een mate van radiale speling, maar naarmate de temperatuur daalt, ondergaan de lagercomponenten thermische samentrekking en wordt de hoeveelheid radiale speling daarom verminderd.Als het niveau van radiale speling tijdens bedrijf tot nul daalt, zal dit leiden tot lageruitval.Lagers die bedoeld zijn voor toepassingen bij lage temperaturen, moeten worden ontworpen met meer radiale speling bij kamertemperatuur om een ​​acceptabel niveau van operationele radiale speling bij lage temperaturen mogelijk te maken.

Omgaan met de druk van vacuüm

In ultrahoogvacuümomgevingen, zoals die aanwezig zijn in de productie van elektronica, halfgeleiders en LCD's, kan de druk lager zijn dan 10-7 mbar.Ultrahoogvacuümlagers worden doorgaans gebruikt in bedieningsapparatuur in de productieomgeving.Een andere typische vacuümtoepassing zijn turbomoleculaire pompen (TMP) die het vacuüm genereren voor productieomgevingen.Bij deze laatste toepassing moeten de lagers vaak op hoge snelheid werken.

smering

Smering in deze omstandigheden is essentieel.Bij dergelijke hoge vacuüms verdampen standaard smeervetten en komen er ook gassen vrij, en het ontbreken van effectieve smering kan leiden tot lageruitval.Er moet daarom speciale smering worden gebruikt.Voor hoogvacuümomgevingen (tot ongeveer 10-7 mbar) kunnen PFPE-vetten worden gebruikt omdat ze een veel hogere weerstand tegen verdamping hebben.Voor ultrahoogvacuümomgevingen (10-9 mbar en lager) moeten vaste smeermiddelen en coatings worden gebruikt.

Voor medium vacuümomgevingen (ongeveer 10-2 mbar), met een zorgvuldig ontwerp en selectie van speciaal vacuümvet, kunnen lagersystemen die een lange levensduur hebben van meer dan 40.000 uur (ongeveer 5 jaar) continu gebruik en op hoge snelheden werken, worden bereikt.

Corrosieweerstand

Lagers die bedoeld zijn voor gebruik in een corrosieve omgeving, moeten speciaal worden geconfigureerd omdat ze mogelijk kunnen worden blootgesteld aan zuren, logen en zout water en andere corrosieve chemicaliën.

Materialen

Materialen zijn een essentiële overweging voor corrosieve omgevingen.Standaard lagerstaal corrodeert gemakkelijk, wat leidt tot vroegtijdige lageruitval.In dit geval moet SV30-ringmateriaal met keramische kogels worden overwogen, omdat deze zeer goed bestand zijn tegen corrosie.Studies hebben zelfs aangetoond dat SV30-materiaal vele malen langer meegaat dan ander corrosiebestendig staal in een zoutnevelomgeving.In gecontroleerde zoutsproeitesten vertoont SV30-staal slechts lichte tekenen van corrosie na 1000 uur zoutsproeitesten (zie grafiek 1) en de hoge corrosieweerstand van SV30 is duidelijk te zien aan de testringen.Speciale keramische kogelmaterialen zoals zirkoniumoxide en siliciumcarbide kunnen ook worden gebruikt om de weerstand van een lager tegen corrosieve stoffen verder te vergroten.

Meer halen uit mediasmering

De laatste uitdagende omgeving zijn toepassingen waarbij het medium als smeermiddel fungeert, bijvoorbeeld koelmiddelen, water of hydraulische vloeistoffen.Bij al deze toepassingen is het materiaal de belangrijkste overweging, en SV30 - keramische hybride lagers bleken vaak de meest praktische en betrouwbare oplossing te bieden.

Conclusie

Extreme omgevingen stellen veel operationele uitdagingen voor standaardlagers, waardoor ze voortijdig defect raken.Bij deze toepassingen moeten lagers zorgvuldig worden geconfigureerd, zodat ze geschikt zijn voor hun doel en uitstekende langdurige prestaties leveren.Om een ​​hoge betrouwbaarheid van lagers te garanderen, moet speciale aandacht worden besteed aan smering, materialen, oppervlaktecoatings en warmtebehandeling.