Γιατί η τάση επαφής των υβριδικών κεραμικών ρουλεμάν είναι μεγάλη, αλλά η διάρκεια ζωής τους είναι μεγαλύτερη από αυτή των συνηθισμένων ρουλεμάν;

Τα υβριδικά κεραμικά ρουλεμάν είναι κατάλληλα για σκληρές συνθήκες εργασίας, όπως κακή λίπανση και σοβαρή ρύπανση [2-3]. Λόγω της εγγενώς υψηλότερης ακαμψίας του κεραμικού υλικού, τα υβριδικά κεραμικά ρουλεμάν έχουν ελαφρώς μικρότερη επιφάνεια επαφής Hertzian, με αποτέλεσμα μεγαλύτερες καταπονήσεις επαφής και υποεπιφανείας από ένα εξ ολοκλήρου χάλυβα ρουλεμάν του ίδιου μεγέθους. Θεωρητικά, αυτό οδηγεί σε μειωμένη διάρκεια ζωής του ρουλεμάν λόγω κόπωσης. Ωστόσο, έχει παρατηρηθεί ότι σε ορισμένες συγκεκριμένες εφαρμογές, τα υβριδικά ρουλεμάν έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Πώς εξηγείται αυτό το ανώμαλο φαινόμενο; Πώς να το μοντελοποιήσω; Αυτό το έγγραφο όχι μόνο απαντά σε αυτές τις ερωτήσεις, αλλά δείχνει επίσης ότι ένα γενικό μοντέλο ζωής ρουλεμάν μπορεί να προσομοιώσει και να εξηγήσει καλά τις παρατηρήσεις πεδίου. Το SKF Generic Bearing Life Model για υβριδικά ρουλεμάν είναι πλέον διαθέσιμο.

Το υλικό δακτυλίου των υβριδικών ρουλεμάν είναι χάλυβας ρουλεμάν και το υλικό του στοιχείου κύλισης είναι νιτρίδιο πυριτίου ποιότητας ρουλεμάν (Si3N4) (εικ. 1). Το νιτρίδιο του πυριτίου είναι ένα κεραμικό (δηλαδή, μη μεταλλικό) υλικό που χαρακτηρίζεται από υψηλή σκληρότητα, υψηλό μέτρο ελαστικότητας, υψηλή θερμοκρασία και χημική αντίσταση, χαμηλή πυκνότητα, χαμηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και χαμηλή ολκιμότητα. Επειδή τα κεραμικά υλικά νιτριδίου του πυριτίου είναι εξαιρετικοί μονωτές, τα υβριδικά κεραμικά ρουλεμάν μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε κινητήρες και γεννήτριες AC και DC για να σχηματίσουν αποτελεσματική μόνωση μεταξύ του περιβλήματος και του άξονα. Σε σύγκριση με τα ρουλεμάν εξ ολοκλήρου από χάλυβα, τα υβριδικά ρουλεμάν αποδίδουν καλά σε συνθήκες κακής λίπανσης και παρουσίας στερεών ρύπων, αλλά οι τάσεις επαφής είναι μεγαλύτερες λόγω της υψηλότερης ακαμψίας των κεραμικών στοιχείων έλασης κάτω από το ίδιο φορτίο.

Σχήμα 1 Τα υβριδικά ρουλεμάν με σφαιρίδια και κυλίνδρους διατίθενται σε διάφορα τμήματα μεγέθους

Επιπλέον, τα υβριδικά ρουλεμάν παρέχουν μεγαλύτερη ικανότητα ταχύτητας και, στις περισσότερες περιπτώσεις, μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από ένα εξ ολοκλήρου ρουλεμάν από χάλυβα του ίδιου μεγέθους στις ίδιες συνθήκες λειτουργίας. Τα υβριδικά ρουλεμάν αποδίδουν επίσης εξαιρετικά καλά σε συνθήκες υψηλής επιτάχυνσης, δονήσεων ή κίνησης εκκρεμούς. Οι εφαρμογές υψηλής ταχύτητας όπως οι άξονες εργαλειομηχανών και οι στροβιλοσυμπιεστές απαιτούν ειδικά σχέδια ρουλεμάν, ειδικά υλικά και συστήματα λίπανσης. Αυτή η τάση αναμένεται να συνεχιστεί και πολλές άλλες σύγχρονες βιομηχανικές εφαρμογές θα αναγνωρίσουν και θα εκμεταλλευτούν τις μοναδικές δυνατότητες των υβριδικών ρουλεμάν.

Η χρήση κεραμικών ως φέρον υλικό προτάθηκε για πρώτη φορά τη δεκαετία του 1960 για την κατασκευή ρουλεμάν ακραίων θερμοκρασιών για αεροδιαστημικές εφαρμογές. Το πλήρως πυκνό νιτρίδιο του πυριτίου θερμής συμπίεσης έχει αποδειχθεί ότι έχει την καλύτερη αντοχή σε κόπωση επαφής κύλισης (RCF) σε σύγκριση με άλλα κεραμικά υλικά μέσω της δοκιμής κόπωσης επαφής κύλισης εξαρτημάτων. Σημαντικές διαφορές στην αντοχή στην κόπωση παρατηρήθηκαν επίσης μεταξύ των παρτίδων παραγωγής φαινομενικά πανομοιότυπων κεραμικών σφαιρών. Στη δεκαετία του 1980, οι Lorösch et al. (1980) [4] πραγματοποίησε δοκιμές ζωής κόπωσης σε υβριδικά κεραμικά ρουλεμάν γωνιακής επαφής. Χρησιμοποιώντας κεραμικές σφαίρες υψηλότερης ποιότητας, διαπίστωσαν ότι η αντοχή στην κόπωση της επαφής κύλισης των υβριδικών κεραμικών ρουλεμάν ήταν συγκρίσιμη με εκείνη των ρουλεμάν εξ ολοκλήρου από χάλυβα κάτω από το ίδιο φορτίο, παρά την αύξηση της τάσης επαφής κατά 12%. Ωστόσο, πρόσθετες δοκιμές σε μια δεύτερη παρτίδα κεραμικών σφαιρών βρήκαν χαμηλότερη διάρκεια κόπωσης, υποδηλώνοντας ότι η ποιότητα των κεραμικών σφαιρών είναι κρίσιμη για την απόδοση της διάρκειας ζωής της κόπωσης.

Η ποιότητα και η αξιοπιστία των κεραμικών στοιχείων έλασης έχει βελτιωθεί σημαντικά τα τελευταία χρόνια. Χάρη στην εισαγωγή των μεθόδων μη καταστροφικών δοκιμών (NDE) και στις συνεχείς προόδους στον καθαρισμό και τη σύντηξη υλικών νιτριδίου του πυριτίου, οι μηχανικοί κατάφεραν τελικά να αναπτύξουν κεραμικές μπάλες με αξιόπιστη αντίσταση στην κόπωση επαφής κύλισης (Galbato et al., 1992)[5]. Εξαιτίας αυτού, η χρήση υβριδικών κεραμικών ρουλεμάν σε άξονες εργαλειομηχανών υψηλής ταχύτητας αυξήθηκε σημαντικά τη δεκαετία του 1990, συμβάλλοντας σημαντικά στην απόδοση και την ακρίβεια αυτών των μηχανικών εξαρτημάτων υψηλής ταχύτητας (Cundill, 1993) [6]. Το σχήμα 2 δείχνει τη βελτίωση της αντοχής σε κόπωση των κεραμικών (Cundill, 1990) [7], η οποία είναι
αποδίδεται στη βελτίωση της διαδικασίας πυροσυσσωμάτωσης με θερμή πίεση σε όλη τη διαδικασία κατασκευής και στη συνεχή μείωση του πορώδους και των επιφανειακών ελαττωμάτων (τα οποία μπορούν πλέον να ελεγχθούν με μη καταστροφικές δοκιμές).

SUN RISES GROUP LIMITED Υβριδικά κεραμικά ρουλεμάν SKF Εμφάνιση αποθέματος.