Endüstri genelinde güvenilirliği artırmak için artan talep, mühendislerin ekipmanlarının tüm bileşenlerini dikkate alması gerektiği anlamına gelir.Rulman sistemleri, bir makinedeki kritik parçalardır ve bunların arızalanması, feci ve maliyetli sonuçlara yol açabilir.Rulman tasarımı, özellikle yüksek veya düşük sıcaklıklar, vakum ve aşındırıcı atmosferler dahil olmak üzere aşırı çalışma koşullarında güvenilirlik üzerinde büyük bir etkiye sahiptir.Bu makale, mühendislerin ekipmanlarında yüksek güvenilirlik ve mükemmel uzun ömür performansı sağlayabilmeleri için zorlu ortamlar için rulmanları belirlerken dikkate alınması gereken hususları özetlemektedir.

Bir yatak sistemi, örneğin bilyeler, halkalar, kafesler ve yağlama dahil olmak üzere birçok eleman içerir.Standart rulmanlar tipik olarak zorlu ortamların zorluklarına dayanamaz ve bu nedenle ayrı parçalara özel dikkat gösterilmesi gerekir.En önemli unsurlar yağlama, malzemeler ve özel ısıl işlem veya kaplamalardır ve her bir faktöre bakıldığında, rulmanların uygulama için en iyi şekilde yapılandırılabileceği anlamına gelir.

Yüksek sıcaklıkta çalışma

Havacılık endüstrisindeki çalıştırma sistemlerinde kullanılanlar gibi yüksek sıcaklık uygulamaları, standart rulmanlar için zorluklar ortaya çıkarabilir.Ayrıca, üniteler giderek küçüldükçe ve güç yoğunluğu arttıkça ekipmandaki sıcaklıklar artıyor ve bu, ortalama rulman için bir sorun teşkil ediyor.

Yağlama

Yağlama burada önemli bir husustur.Yağlar ve gresler, maksimum çalışma sıcaklıklarına sahiptir ve bu noktada, hızla bozulmaya ve buharlaşmaya başlayacak ve bu da rulman arızasına yol açacaktır.Standart gresler genellikle maksimum 120°C'lik bir sıcaklıkla sınırlıdır ve bazı geleneksel yüksek sıcaklık gresleri 180°C'ye kadar sıcaklıklara dayanabilir.

Ancak, daha da yüksek sıcaklıklar gerektiren uygulamalar için özel florlu yağlama gresleri mevcuttur ve 250°C'yi aşan sıcaklıklar elde edilebilir.Sıvı yağlamanın mümkün olmadığı durumlarda, katı yağlama, daha da yüksek sıcaklıklarda düşük hızda güvenilir çalışmayı sağlayan bir seçenektir.Bu durumda molibden disülfür (MOS2), tungsten disülfür (WS2), grafit veya Politetrafloroetilen (PTFE) katı yağlayıcılar olarak çok yüksek sıcaklıkları daha uzun süre tolere edebildiklerinden tavsiye edilir.

Malzemeler

300°C'yi aşan sıcaklıklar söz konusu olduğunda özel halka ve bilye malzemeleri gereklidir.AISI M50, yüksek sıcaklıklarda yüksek aşınma ve yorulma direnci sergilediği için tipik olarak tavsiye edilen bir yüksek sıcaklık çeliğidir.BG42, 300°C'de iyi bir sıcak sertliğe sahip olan başka bir yüksek sıcaklık çeliğidir ve yüksek düzeyde korozyon direncine sahip olduğu ve ayrıca aşırı sıcaklıklarda yorulma ve aşınmaya daha az duyarlı olduğu için yaygın olarak belirtilir.

Yüksek sıcaklık kafesleri de gereklidir ve PTFE, Poliimid, Poliamid-imid (PAI) ve Polieter-eter-keton (PEEK) dahil olmak üzere özel polimer malzemelerde tedarik edilebilirler.Yüksek sıcaklıkta yağla yağlanan sistemler için yatak kafesleri bronz, pirinç veya gümüş kaplamalı çelikten de üretilebilir.

Kaplamalar ve ısıl işlem

Sürtünmeyle mücadele etmek, korozyonu önlemek ve aşınmayı azaltmak için rulmanlara gelişmiş kaplamalar ve yüzey işlemleri uygulanabilir, böylece yüksek sıcaklıklarda rulman performansını iyileştirir.Örneğin, performansı ve güvenilirliği artırmak için çelik kafesler gümüşle kaplanabilir.Yağlayıcı arızası/açlığı durumunda, gümüş kaplama katı bir yağlayıcı gibi davranarak yatağın kısa bir süre veya acil bir durumda çalışmaya devam etmesini sağlar.

Düşük sıcaklıkta güvenilirlik

Ölçeğin diğer ucunda, standart rulmanlar için düşük sıcaklıklar sorun yaratabilir.

Yağlama

Düşük sıcaklıklı uygulamalarda, örneğin -190°C civarındaki sıcaklıklardaki kriyojenik pompalama uygulamalarında, yağ yağlamaları mumsu hale gelerek rulman arızasına neden olur.MOS2 veya WS2 gibi katı yağlama, güvenilirliği artırmak için idealdir.Ayrıca, bu uygulamalarda, pompalanan ortam yağlayıcı görevi görebilir, bu nedenle yatakların ortamla iyi çalışan malzemeler kullanılarak bu düşük sıcaklıklarda çalışacak şekilde özel olarak yapılandırılması gerekir.

Malzemeler

Bir yatağın yorulma ömrünü ve aşınma direncini iyileştirmek için kullanılabilecek bir malzeme, martensitik, baştan sona sertleştirilmiş, yüksek nitrojen, korozyona dayanıklı bir çelik olan SV30®'dur.Üstün performans sağladıkları için seramik bilyeler de önerilir.Malzemenin kendine özgü mekanik özellikleri, zayıf yağlama koşullarında mükemmel çalışma sağladıklarını ve düşük sıcaklıklarda güvenilir bir şekilde çalışmaya çok daha uygun olduklarını gösterir.

Kafes malzemesi de mümkün olduğunca aşınmaya dayanıklı olacak şekilde seçilmelidir ve buradaki iyi seçenekler arasında PEEK, Poliklorotrifloroetilen (PCTFE) ve PAI plastikleri bulunur.

Isı tedavisi

Düşük sıcaklıklarda boyutsal kararlılığı iyileştirmek için halkalar özel olarak ısıl işleme tabi tutulmalıdır.

İç tasarım

Düşük sıcaklıklarda çalışmak için bir diğer husus, yatağın iç tasarımıdır.Rulmanlar bir seviyede radyal boşluk ile tasarlanmıştır, ancak sıcaklık azaldıkça, rulman bileşenleri termal büzülmeye maruz kalır ve bu nedenle radyal boşluk miktarı azalır.Çalışma sırasında radyal boşluk seviyesi sıfıra düşerse, bu rulman arızasına neden olur.Düşük sıcaklık uygulamaları için tasarlanan rulmanlar, düşük sıcaklıklarda kabul edilebilir bir çalışma radyal boşluğuna izin vermek için oda sıcaklıklarında daha fazla radyal boşluk ile tasarlanmalıdır.

Vakum basıncının işlenmesi

Elektronik, yarı iletken ve LCD üretiminde mevcut olanlar gibi ultra yüksek vakumlu ortamlarda, basınç 10-7 mbar'dan daha düşük olabilir.Ultra yüksek vakumlu rulmanlar tipik olarak üretim ortamındaki çalıştırma ekipmanlarında kullanılır.Diğer bir tipik vakum uygulaması, üretim ortamları için vakum oluşturan turbomoleküler pompalardır (TMP).Bu ikinci uygulamada, rulmanların genellikle yüksek hızda çalışması gerekir.

Yağlama

Bu koşullarda yağlama çok önemlidir.Bu kadar yüksek vakumlarda, standart yağlama gresleri buharlaşır ve ayrıca gaz verir ve etkili yağlama eksikliği, yatak arızasına neden olabilir.Bu nedenle özel yağlama kullanılması gerekir.Yüksek vakumlu ortamlar için (yaklaşık 10-7 mbar'a kadar) PFPE gresleri, buharlaşmaya karşı çok daha yüksek dirence sahip olduklarından kullanılabilir.Ultra yüksek vakumlu ortamlar için (10-9mbar ve altı) katı yağlayıcılar ve kaplamalar kullanılmalıdır.

Orta vakumlu ortamlar için (yaklaşık 10-2 mbar), dikkatli tasarım ve özel vakumlu gres seçimi ile, sürekli kullanımda 40.000 saatten fazla (yaklaşık 5 yıl) uzun ömür sağlayan ve yüksek hızlarda çalışan yatak sistemleri olabilir. elde edildi.

korozyon direnci

Aşındırıcı bir ortamda kullanılması amaçlanan yatakların, diğer aşındırıcı kimyasalların yanı sıra asitlere, alkalilere ve tuzlu suya maruz kalabilecekleri için özel olarak yapılandırılması gerekir.

Malzemeler

Malzemeler, aşındırıcı ortamlar için hayati bir husustur.Standart rulman çelikleri kolayca paslanır ve erken rulman arızasına yol açar.Bu durumda seramik bilyeli SV30 halka malzemesi, korozyona karşı oldukça dayanıklı oldukları için düşünülmelidir.Aslında araştırmalar, SV30 malzemesinin tuz püskürtme ortamında diğer korozyona dayanıklı çeliklerden çok daha uzun süre dayanabileceğini göstermiştir.Kontrollü tuz püskürtme testlerinde SV30 çeliği, 1.000 saatlik tuz püskürtme testinden sonra (bkz. grafik 1) sadece hafif korozyon belirtileri gösterir ve SV30'un yüksek korozyon direnci test halkalarında açıkça görülür.Bir yatağın aşındırıcı maddelere karşı direncini daha da artırmak için Zirkonya ve Silisyum Karbür gibi özel seramik bilye malzemeleri de kullanılabilir.

Medya yağlamadan daha fazlasını elde etme

Son zorlu ortam, örneğin soğutucu akışkanlar, su veya hidrolik sıvılar gibi ortamın yağlayıcı görevi gördüğü uygulamalardır.Tüm bu uygulamalarda malzeme en önemli husustur ve SV30 – seramik hibrit rulmanların genellikle en pratik ve güvenilir çözümü sağladığı bulunmuştur.

Çözüm

Zorlu ortamlar, standart rulmanlar için birçok operasyonel zorluk sunar ve bu nedenle erken arızalanmalarına neden olur.Bu uygulamalarda rulmanlar, amaca uygun olacak ve mükemmel uzun ömürlü performans sağlayacak şekilde dikkatlice yapılandırılmalıdır.Rulmanların yüksek güvenilirliğini sağlamak için yağlamaya, malzemelere, yüzey kaplamalarına ve ısıl işleme özel dikkat gösterilmelidir.