Miért nagy a hibrid kerámia csapágyak érintkezési feszültsége, de élettartama hosszabb, mint a hagyományos csapágyaké?

A hibrid kerámia csapágyak olyan nehéz munkakörülményekre is alkalmasak, mint például a rossz kenés és a súlyos szennyezés [2-3]. A kerámia anyag eleve nagyobb merevsége miatt a hibrid kerámia csapágyak valamivel kisebb Hertzi érintkezési felülettel rendelkeznek, ami nagyobb érintkezési és felületi feszültségeket eredményez, mint az azonos méretű teljesen acél csapágyak. Elméletileg ez a csapágy kifáradási élettartamának lerövidüléséhez vezet. Megfigyelték azonban, hogy egyes speciális alkalmazásokban a hibrid csapágyak élettartama hosszabb. Hogyan magyarázható ez az abnormális jelenség? Hogyan kell modellezni? Ez a cikk nem csak választ ad ezekre a kérdésekre, hanem azt is bemutatja, hogy egy általános csapágyéletmodell jól szimulálja és magyarázza a terepi megfigyeléseket. Az SKF Generic Bearing Life Model hibrid csapágyakhoz már elérhető.

A hibrid csapágyak gyűrűanyaga csapágyacél, a gördülőelem anyaga pedig csapágyminőségű szilícium-nitrid (Si3N4) (1. ábra). A szilícium-nitrid egy kerámia (azaz nem fémes) anyag, amelyet nagy keménység, nagy rugalmassági modulus, magas hőmérséklet- és vegyszerállóság, alacsony sűrűség, alacsony elektromos vezetőképesség és alacsony alakíthatóság jellemez. Mivel a szilícium-nitrid kerámia anyagok kiváló szigetelők, a hibrid kerámia csapágyak AC és DC motorokban és generátorokban használhatók a ház és a tengely közötti hatékony szigetelés kialakítására. A teljesen acél csapágyakhoz képest a hibrid csapágyak jól teljesítenek rossz kenés és szilárd szennyeződések jelenlétében, de az érintkezési feszültségek nagyobbak a kerámia gördülőelemek azonos terhelés melletti nagyobb merevsége miatt.

1. ábra A hibrid golyós- és görgőscsapágyak különböző méretű szegmensekben állnak rendelkezésre

Ezenkívül a hibrid csapágyak nagyobb fordulatszámot és a legtöbb esetben hosszabb élettartamot biztosítanak, mint az azonos méretű teljesen acél csapágyak azonos üzemi körülmények között. A hibrid csapágyak rendkívül jól teljesítenek nagy gyorsulás, vibráció vagy ingamozgás esetén is. A nagy sebességű alkalmazásokhoz, mint például a szerszámgépek orsói és a turbófeltöltők speciális csapágykialakítást, speciális anyagokat és kenési rendszereket igényelnek. Ez a tendencia várhatóan folytatódni fog, és sok más modern ipari alkalmazás felismeri és kihasználja a hibrid csapágyak egyedülálló képességeit.

A kerámia csapágyanyagként történő felhasználását először az 1960-as években javasolták szélsőséges hőmérsékletű csapágyak gyártásához repülőgép-űripari alkalmazásokhoz. A teljesen sűrű, melegen sajtolt szilícium-nitrid a legjobb gördülési érintkezési fáradtság (RCF) ellenállással rendelkezik a többi kerámiaanyaghoz képest az alkatrészek gördülési érintkezési kifáradási vizsgálata során. Szignifikáns különbségek voltak a fáradtságállóságban is a látszólag azonos kerámiagolyók gyártási tételei között. Az 1980-as években Lorösch et al. (1980) [4] fáradási élettartam teszteket végzett hibrid kerámia szögérintkező golyóscsapágyakon. A legjobb minőségű kerámia golyókat használva azt találták, hogy a hibrid kerámia csapágyak gördülési érintkezési kifáradási ellenállása azonos terhelés mellett hasonló a teljesen acél csapágyakéhoz, annak ellenére, hogy az érintkezési feszültség 12 százalékkal nőtt. A kerámiagolyók második tételén végzett további vizsgálatok azonban alacsonyabb kifáradási élettartamot mutattak ki, ami arra utal, hogy a kerámiagolyók minősége kritikus a kifáradási élettartam szempontjából.

A kerámia gördülőelemek minősége és megbízhatósága jelentősen javult az elmúlt néhány évben. A roncsolásmentes vizsgálati (NDE) módszerek bevezetésének és a szilícium-nitrid anyagok tisztításának és szinterezésének folyamatos fejlesztésének köszönhetően a mérnökök végre megbízható gördülési érintkezéssel szembeni fáradtságállósággal rendelkező kerámiagolyókat fejlesztettek ki (Galbato et al., 1992)[5]. Emiatt az 1990-es években jelentősen megnövekedett a hibrid kerámia csapágyak alkalmazása a nagy sebességű szerszámgépek orsóiban, ami nagyban hozzájárult ezen mechanikai alkatrészek nagy sebességű teljesítményéhez és pontosságához (Cundill, 1993) [6]. A 2. ábra a kerámiák kifáradási szilárdságának javulását mutatja (Cundill, 1990) [7], ami
A gyártási folyamat során a melegen préselt szinterezési folyamat fejlesztésének, valamint a porozitás és a felületi hibák folyamatos csökkentésének tulajdonítható (amely ma már roncsolásmentes teszteléssel ellenőrizhető).

SUN RISES GROUP LIMITED SKF Hibrid kerámia csapágyak Készletkijelző;