Nhu cầu gia tăng để cải thiện độ tin cậy trong toàn ngành có nghĩa là các kỹ sư cần phải xem xét tất cả các thành phần của thiết bị của họ.Hệ thống bạc đạn là những bộ phận quan trọng trong máy móc và việc hỏng hóc của chúng có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng và tốn kém.Thiết kế vòng bi có ảnh hưởng lớn đến độ tin cậy, đặc biệt là trong các điều kiện hoạt động khắc nghiệt bao gồm nhiệt độ cao hoặc thấp, chân không và bầu khí quyển ăn mòn.Bài viết này đưa ra những lưu ý cần thực hiện khi chỉ định vòng bi cho các môi trường đầy thử thách, để các kỹ sư có thể đảm bảo độ tin cậy cao và hiệu suất tuổi thọ tuyệt vời cho thiết bị của họ.

Ví dụ như một hệ thống ổ trục bao gồm nhiều phần tử bao gồm bi, vòng, lồng và chất bôi trơn.Vòng bi tiêu chuẩn thường không chịu được sự khắc nghiệt của môi trường khắc nghiệt và do đó cần phải xem xét đặc biệt đến từng bộ phận riêng lẻ.Các yếu tố quan trọng nhất là bôi trơn, vật liệu và xử lý nhiệt đặc biệt hoặc lớp phủ và bằng cách xem xét từng yếu tố có nghĩa là vòng bi có thể được cấu hình tốt nhất cho ứng dụng.

Hoạt động ở nhiệt độ cao

Các ứng dụng nhiệt độ cao, chẳng hạn như các ứng dụng được sử dụng trong các hệ thống truyền động trong ngành hàng không vũ trụ có thể đặt ra những thách thức đối với vòng bi tiêu chuẩn.Hơn nữa, nhiệt độ đang tăng lên trong thiết bị khi các đơn vị ngày càng nhỏ hơn và mật độ công suất tăng lên, và điều này đặt ra một vấn đề đối với ổ trục trung bình.

Bôi trơn

Bôi trơn là một xem xét quan trọng ở đây.Dầu và mỡ bôi trơn có nhiệt độ hoạt động tối đa tại thời điểm đó chúng sẽ bắt đầu biến chất và bay hơi nhanh chóng dẫn đến hỏng ổ trục.Mỡ bôi trơn tiêu chuẩn thường bị giới hạn ở nhiệt độ tối đa khoảng 120 ° C và một số loại mỡ bôi trơn nhiệt độ cao thông thường có khả năng chịu nhiệt độ lên đến 180 ° C.

Tuy nhiên, đối với các ứng dụng đòi hỏi nhiệt độ cao hơn nữa, các loại mỡ bôi trơn có chứa flo đặc biệt có sẵn và có thể đạt được nhiệt độ vượt quá 250 ° C.Trong trường hợp không thể bôi trơn bằng chất lỏng, bôi trơn dạng rắn là một lựa chọn cho phép vận hành đáng tin cậy ở tốc độ thấp ở nhiệt độ cao hơn.Trong trường hợp này, molypden disulphide (MOS2), vonfram disulphide (WS2), graphite hoặc Polytetrafluoroethylene (PTFE) được khuyến nghị làm chất bôi trơn rắn vì chúng có thể chịu được nhiệt độ rất cao trong thời gian dài hơn.

Vật liệu

Khi nói đến nhiệt độ vượt quá 300 ° C, vật liệu vòng và bóng đặc biệt là cần thiết.AISI M50 là loại thép nhiệt độ cao thường được khuyên dùng vì nó có khả năng chống mài mòn và mỏi ở nhiệt độ cao.BG42 là một loại thép nhiệt độ cao khác có độ cứng nóng tốt ở 300 ° C và thường được chỉ định vì nó có mức độ chống ăn mòn cao và cũng ít bị mỏi và mòn ở nhiệt độ khắc nghiệt.

Lồng nhiệt độ cao cũng được yêu cầu và chúng có thể được cung cấp bằng vật liệu polyme đặc biệt bao gồm PTFE, Polyimide, Polyamide-imide (PAI) và Polyether-ether-ketone (PEEK).Đối với hệ thống bôi trơn bằng dầu ở nhiệt độ cao, lồng ổ trục cũng có thể được sản xuất từ ​​đồng, đồng thau hoặc thép mạ bạc.

Sơn phủ và xử lý nhiệt

Các lớp phủ và xử lý bề mặt tiên tiến có thể được áp dụng cho vòng bi để chống ma sát, chống ăn mòn và giảm mài mòn, do đó cải thiện hiệu suất vòng bi ở nhiệt độ cao.Ví dụ, lồng thép có thể được phủ bạc để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy.Trong trường hợp chất bôi trơn bị hỏng / đói, lớp mạ bạc hoạt động giống như chất bôi trơn rắn, cho phép ổ trục tiếp tục chạy trong một thời gian ngắn hoặc trong tình huống khẩn cấp.

Độ bền ở nhiệt độ thấp

Ở đầu kia của thang đo, nhiệt độ thấp có thể là vấn đề đối với các ổ trục tiêu chuẩn.

Bôi trơn

Trong các ứng dụng nhiệt độ thấp, ví dụ như các ứng dụng bơm đông lạnh với nhiệt độ trong vùng -190 ° C, dầu bôi trơn trở nên sáp dẫn đến hỏng ổ trục.Bôi trơn rắn như MOS2 hoặc WS2 là lý tưởng để nâng cao độ tin cậy.Hơn nữa, trong các ứng dụng này, phương tiện được bơm có thể hoạt động như chất bôi trơn, vì vậy các ổ trục cần được cấu hình đặc biệt để hoạt động ở nhiệt độ thấp này bằng cách sử dụng vật liệu hoạt động tốt với phương tiện.

Vật liệu

Một vật liệu có thể được sử dụng để cải thiện tuổi thọ mỏi và khả năng chống mài mòn của vòng bi là SV30® - một loại thép có độ cứng cao, nitơ cao, chống ăn mòn bằng mactenxit.Bóng gốm cũng được khuyên dùng vì chúng mang lại hiệu quả vượt trội.Các đặc tính cơ học vốn có của vật liệu có nghĩa là chúng cung cấp hoạt động tuyệt vời trong điều kiện bôi trơn kém và nó phù hợp hơn rất nhiều khi vận hành đáng tin cậy ở nhiệt độ thấp.

Vật liệu làm lồng cũng nên được chọn để có khả năng chống mài mòn tốt nhất có thể và các lựa chọn tốt ở đây bao gồm nhựa PEEK, Polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) và PAI.

Xử lý nhiệt

Nhẫn phải được xử lý nhiệt đặc biệt để cải thiện độ ổn định kích thước ở nhiệt độ thấp.

Thiết kế bên trong

Một điều cần cân nhắc nữa để làm việc ở nhiệt độ thấp là thiết kế bên trong của vòng bi.Vòng bi được thiết kế với mức độ phát hướng tâm, nhưng khi nhiệt độ giảm, các thành phần của vòng bi trải qua quá trình co nhiệt và do đó lượng phát hướng tâm cũng giảm.Nếu mức độ phát hướng tâm giảm xuống 0 trong quá trình vận hành, điều này sẽ dẫn đến hỏng ổ trục.Vòng bi dành cho các ứng dụng nhiệt độ thấp phải được thiết kế với khả năng phát xuyên tâm nhiều hơn ở nhiệt độ phòng để cho phép mức phát hướng tâm có thể chấp nhận được ở nhiệt độ thấp.

Xử lý áp suất của chân không

Trong môi trường chân không cực cao như môi trường có trong sản xuất điện tử, chất bán dẫn và màn hình LCD, áp suất có thể thấp hơn 10-7mbar.Vòng bi chân không siêu cao thường được sử dụng trong thiết bị truyền động trong môi trường sản xuất.Một ứng dụng chân không điển hình khác là máy bơm tuabin phân tử (TMP) tạo ra chân không cho môi trường sản xuất.Trong ứng dụng thứ hai này, các ổ trục thường được yêu cầu làm việc ở tốc độ cao.

Bôi trơn

Bôi trơn trong những điều kiện này là chìa khóa.Tại các chân không cao như vậy, mỡ bôi trơn tiêu chuẩn bay hơi và cũng thoát ra ngoài, và việc thiếu khả năng bôi trơn hiệu quả có thể dẫn đến hỏng ổ trục.Do đó cần phải sử dụng chất bôi trơn đặc biệt.Đối với môi trường chân không cao (xuống khoảng 10-7 mbar), có thể sử dụng mỡ PFPE vì chúng có khả năng chống bay hơi cao hơn nhiều.Đối với môi trường chân không cực cao (10-9mbar trở xuống) cần sử dụng chất bôi trơn và lớp phủ rắn.

Đối với môi trường chân không trung bình (khoảng 10-2mbar), với thiết kế cẩn thận và lựa chọn loại mỡ chân không đặc biệt, hệ thống ổ trục mang lại tuổi thọ cao hơn 40.000 giờ (khoảng 5 năm) sử dụng liên tục và hoạt động ở tốc độ cao, có thể đạt được.

Chống ăn mòn

Vòng bi được thiết kế để sử dụng trong môi trường ăn mòn cần phải được cấu hình đặc biệt vì chúng có thể có khả năng tiếp xúc với axit, kiềm và nước muối cùng với các hóa chất ăn mòn khác.

Vật liệu

Vật liệu là một yếu tố quan trọng đối với môi trường ăn mòn.Thép ổ trục tiêu chuẩn dễ bị ăn mòn, dẫn đến hỏng ổ trục sớm.Trong trường hợp này, vật liệu vòng SV30 với bóng gốm nên được xem xét vì chúng có khả năng chống ăn mòn cao.Trên thực tế, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng vật liệu SV30 có thể tồn tại lâu hơn nhiều lần so với các loại thép chống ăn mòn khác trong môi trường phun muối.Trong các thử nghiệm phun muối có kiểm soát, thép SV30 chỉ có dấu hiệu ăn mòn nhẹ sau 1.000 giờ thử nghiệm phun muối (xem đồ thị 1) và khả năng chống ăn mòn cao của SV30 được thấy rõ trên các vòng thử nghiệm.Các vật liệu bóng gốm đặc biệt như Zirconia và Silicon Carbide cũng có thể được sử dụng để tăng thêm khả năng chống ăn mòn của ổ trục.

Nhận được nhiều hơn từ bôi trơn phương tiện truyền thông

Môi trường thử thách cuối cùng là các ứng dụng mà môi trường hoạt động như chất bôi trơn, ví dụ như chất làm lạnh, nước hoặc chất lỏng thủy lực.Trong tất cả các ứng dụng này, vật liệu là yếu tố quan trọng nhất được xem xét và SV30 - vòng bi hybrid gốm thường được tìm thấy để cung cấp giải pháp thiết thực và đáng tin cậy nhất.

Phần kết luận

Môi trường khắc nghiệt gây ra nhiều thách thức hoạt động đối với các vòng bi tiêu chuẩn, do đó khiến chúng bị hỏng sớm.Trong các ứng dụng này, vòng bi nên được cấu hình cẩn thận để chúng phù hợp với mục đích và mang lại hiệu suất lâu dài tuyệt vời.Để đảm bảo độ tin cậy cao của vòng bi, cần đặc biệt chú ý đến việc bôi trơn, vật liệu, lớp phủ bề mặt và xử lý nhiệt.