Хибридни керамични лагери

Механични системиСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 5, 2006

Основни характеристики и приложение на хибридните керамични лагери

Навлизането на хибридните керамични лагери в различни индустриални приложения е продиктувано от стремежа към ограничаване до минимум на спиранията в работата на машините, поради непланирани ремонти, удължаване на живота на скъпоструващите машинни части и повишаване на производителността на съоръженията и машините. Според редица специалисти, замяната на изцяло стоманените лагери с хибридни керамични лагерни опори е оправдана предвид по-добрите кинематични характеристики, по-ниските работни температури и по-дългия експлоатационният живот на последните.

Конструктивна особеност на хибридните керамични лагери е изработването на търкалящите елементи от силициев нитрид. За разлика от керамиката, използвана в грънчарството и домакинските съдове, например, силициевият нитрид представлява висококачествена инженерна керамика, известна с висока твърдост и якост. Поради изброените причини хибридните керамични лагери се приемат като оптимално техническо решение за различни приложения. Тъй като в техниката не съществува най-ефективно универсално решение, описаните в статията предимства на хибридните керамични лагери следва да се разглеждат като валидни за точно определени приложения. За решаване на редица инженерни задачи изцяло стоманените лагери се въприемат като оптимално техническо решение, не отстъпвайки пазарната си ниша на хибридните керамични лагери.

Сигурност на работа

В приложения, които работят при екстремни, но кратковременни натоварвания, като димни смукателни вентилатори на противопожарни инсталации и предпазни съединители, хибридните керамични лагери показват добри експлоатационни характеристики. Тъй като адхезията между силициевия нитрид и стоманата е ниска, не се наблюдава процес на микрозаваряване и устойчивостта срещу замърсяване на триещите се повърхности на лагера е много висока. Счита се, че рискът от внезапна сериозна повреда при хибридните керамични лагери е много малък.

Работа при високи скорости

Когато се използват в електрически задвижвания, например, хибридните керамични лагери осигуряват високоскоростна работа с ниско триене. Тъй като сферичните елементи в конструкцията на хибридните керамични лагери, които са изработени от силициев нитрид са около 40% по-леки в сравнение със стоманените, действащата върху тях центробежната сила е по-ниска. По-ниското триене и пониженото загряване позволяват работа на хибридните керамични лагери при по-високи скорости. Освен това, по-ниското тегло на хибридните лагери дава възможности за запазване на оптималните им експлоатационни натоварвания при резки ускорявания и спирания.

Тъй като топлинното разширение при хибридните керамични лагери е около 30% по-малко от характерното за стоманените, те са по-слабо чувствителни към температурни разлики между лагерните гривни. Също така, топлопроводимостта на керамичните сфери на лагерите е по-ниска. Всичко изброени характеристики обясняват по-малкото предварително натоварване на керамичните лагери. Това натоварване не се влияе значително от нарастването на температурата.

Висока екологосъобразност

Тъй като хибридните лагери работят добре в херметично уплътнени приложения с еднократно гресиране за целия им експлоатационен живот и обикновено не изискват смазване с машинно масло, рисковете от утечки на масло в околната среда са елиминирани. Ниското триене при експлоатация също допринася за по-ниската енергийна консумация, характерна за машини, снабдени с хибридни керамични лагери.

Поради ниската им степен на грапавост (коефициентът на триене, характерен за хибридните лагери е около 20% по-нисък от този при подобни стоманени сферични лагери), хибридните лагери са източници на по-малки вибрации в сравнение с изцяло стоманените лагери. Това определя още едно от предимствата им, а именно ниските нива на генерирания по време на експлоатацията им шум. При влагането на хибридните керамични лагери в компресори, индустриални миксери, някои помпи и разходомери изброените предимства са от съществено значение.

Ниски експлоатационни разходи

По-ниските разходи за целия жизнен цикъл на хибридните керамични лагери в сравнение с изцяло стоманените са резултат от комплекс фактори, включително по-дългия им експлоатационен живот, намалените разходи, свързани с експлоатацията и поддръжката им, опростеното им обслужване и монтаж. В интерес на обективността следва да се отбележи, че описаните предимства на хибридните керамични лагери пред изцяло стоманените не са в сила при всички приложения. Например, при използването на хибридни керамични лагери в електродвигатели, стъпкови двигатели, енкодери и някои помпи, следва да се направи прецизен анализ на условията, при които ще работят лагерите, за да се оптимизира избора на тип лагер за конкретните изисквания.

По-малко преждевременни повреди

Хибридните керамични лагери имат по-дълъг експлоатационен живот в сравнение с други видове лагерни опори. Една от причините за това е, че за разлика от изцяло стоманените, керамичните лагерни сфери се отличават с естествени изолационни свойства, които предотвратяват образуването на електрически дъги. Известно е, че следствия от възникването на електрически дъги са образуваните нарези и различни деформации върху триещите повърхности на гривните на лагерите. Описаните повреди резултират в появата на високи нива на шум при работа на лагера и преждевременно стареене на смазката. Друга специфика на хибридните керамични лагери е по-високият им скоростен обхват, който дава възможност за решаване на широко разнообразие от инженерни задачи.

Тъй като керамичните лагери са устойчиви на вибрации в статично състояние (когато не се въртят), за тях е характерен много по-нисък риск от образуване на ямички, бразди и преждевременни повреди. Разбира се, при хибридните керамични лагери също се образуват бразди и пукнатини, но периодът от време за износване поради умора на материала по принцип е по-дълъг от характерния за стоманените лагери.

Препоръчват се гресите

Всички лагери, независимо дали са стоманени или керамични, изискват смазване. Консистентните смазки и машинните масла се използват при хибридните керамични лагери. Характерно за керамичните лагери е, че са по-слабо чувствителни към промени в условията на мазане. Например, в сравнение със стоманените лагери, керамичните лагери могат да работят при едни и същи условия на смазване при до 20% по-високи скорости.

Освен в приложения, при които се изискват високи скорости, греста е препоръчителен смазочен материал за керамичните лагери. Консистентните смазки са предпочитани, тъй като те се задържат по-лесно в черупката на лагера в сравнение с течните масла, а също така осигуряват по-добра защита срещу проникването на влага и замърсявания. Често керамичните лагери се смазват с литиева грес на минерална основа. Такива смазки са подходящи за прецизни лагерувания. За високоскоростни, високотемпературни приложения, към които са поставени и изисквания за дълъг експлоатационен живот се предпочитат синтетични смазочни материали.

Оптимално количество на греста

Без значение от типа на използваната грес, количеството й никога не трябва да надвишава 30% от свободното пространство в лагера. Това ограничение има абсолютно задължителен характер при високоскоростни приложения. Както при всеки вид лагер, прясно гресираните керамични лагери изискват първоначален период на работа при по-ниски обороти, за да се осигури равномерно разпределение на греста в лагера. През този период излишната грес се изхвърля. Без периода на първоначално нискооборотно развъртане на лагера е възможно преждевременното му повреждане вследствие на внезапното повишаване на температурата.

Графикът за допълване с консистентна смазка при хибридните керамични лагери се определя в зависимост от конкретното приложение. Характерно за високоскоростните приложения е, че е най-добре цялата стара смазка да се отстрани и замени със свежа грес, също в съотвествие с предварително разработен план.

Смазване с машинни масла

Течните смазки обикновено се използват в приложения, където греста е или технически неподходяща, или икономически неефективна. Други основания за предпочитано използване на машинно масло са случаи, при които цикълът за подмяна на консистентната смазка е много кратък или е необходимо да се осигури по-добро топлоотвеждане от лагера. Комбинацията от високи работни скорости и ниски работни температури на лагерите изисква метод на смазване с циркулиращо машинно масло. За други приложения се използват други методи на смазване.

Съществуват методи на смазване, при които интервалите за замяна на смазочните масла са по-дълги. Например, при смазването с маслена баня е достатъчна смяна на маслото веднъж годишно, ако работните температури са по-ниски от 50 °С. Съществува зависимост между работната температура и честотата на замяна на маслото - колкото е по-висока температурата, толкова по-кратък е цикълът за смяна на маслото.

Редакцията очаква коментарите ви относно предимствата и недостатъците на хибридните керамични лагери и изцяло стоманените лагери в кон–кретни инженерни задачи.




Новият брой 2/2017

брой 2-2017

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

Top