Miks on hübriidkeraamiliste laagrite kontaktpinge suur, kuid nende eluiga pikem kui tavalistel laagritel?

Hübriidkeraamilised laagrid sobivad rasketes töötingimustes, nagu halb määrimine ja tõsine saaste [2-3]. Keraamilise materjali olemuslikult suurema jäikuse tõttu on hübriidkeraamilistel laagritel Hertsi kontaktpind veidi väiksem, mille tulemuseks on suuremad kontakt- ja aluspinged kui sama suurusega täisterasest laagril. Teoreetiliselt toob see kaasa laagri lühema väsimuse. Siiski on täheldatud, et mõnes konkreetses rakenduses on hübriidlaagrite kasutusiga pikem. Kuidas seletada seda ebanormaalset nähtust? Kuidas seda modelleerida? See artikkel mitte ainult ei vasta neile küsimustele, vaid näitab ka seda, et üldine laagrielu mudel võib välivaatlusi hästi simuleerida ja selgitada. Nüüd on saadaval hübriidlaagrite jaoks mõeldud SKF Generic Bearing Life Model.

Hübriidlaagrite rõngamaterjaliks on laagriteras ja veereelemendi materjaliks laagrikvaliteediga räninitriid (Si3N4) (joonis 1). Räninitriid on keraamiline (st mittemetalliline) materjal, mida iseloomustab kõrge kõvadus, kõrge elastsusmoodul, kõrge temperatuuri- ja kemikaalikindlus, madal tihedus, madal elektrijuhtivus ja madal elastsus. Kuna räninitriidkeraamilised materjalid on suurepärased isolaatorid, saab vahelduv- ja alalisvoolumootorites ning generaatorites kasutada hübriidkeraamilisi laagreid, et moodustada korpuse ja võlli vahel tõhus isolatsioon. Võrreldes täisterasest laagritega toimivad hübriidlaagrid hästi kehva määrimise ja tahkete saasteainete tingimustes, kuid kontaktpinged on suuremad tänu keraamiliste veereelementide suuremale jäikusele sama koormuse all.

Joonis 1 Hübriidkuul- ja rull-laagrid on saadaval erineva suurusega segmentides

Lisaks tagavad hübriidlaagrid suurema kiiruse ja enamikul juhtudel pikema eluea kui sama suurusega täisterasest laagrid samades töötingimustes. Hübriidlaagrid toimivad ülihästi ka suure kiirenduse, vibratsiooni või pendli liikumise tingimustes. Kiired rakendused, nagu tööpinkide spindlid ja turboülelaadurid, nõuavad spetsiaalset laagrikonstruktsiooni, spetsiaalseid materjale ja määrdesüsteeme. See suundumus peaks jätkuma ja paljud teised kaasaegsed tööstuslikud rakendused tunnevad ära ja kasutavad ära hübriidlaagrite ainulaadseid võimalusi.

Keraamika kasutamist laagrimaterjalina pakuti esmakordselt välja 1960. aastatel äärmuslike temperatuuride laagrite tootmiseks kosmoseseadmete jaoks. Täielikult tihedal kuumpressitud räninitriidil on teiste keraamiliste materjalidega võrreldes parim veerekontakti väsimuse (RCF) vastupidavus komponentide veerekontakti väsimuse testimise käigus. Märkimisväärseid erinevusi väsimuskindluses täheldati ka näiliselt identsete keraamiliste kuulide tootmispartiide vahel. 1980. aastatel tegid Lorösch jt. (1980) [4] viisid läbi hübriidkeraamiliste nurkkontaktkuullaagrite väsimuskatseid. Kasutades kõrgeima kvaliteediga keraamilisi kuule, leidsid nad, et hübriidkeraamiliste laagrite veerekontakti väsimuskindlus oli võrreldav sama koormuse all olevate terasest laagrite omaga, hoolimata kontaktpinge 12-protsendilisest suurenemisest. Teise keraamiliste kuulide partii täiendavad testid näitasid aga väiksemat väsimust, mis viitab sellele, et keraamiliste kuulide kvaliteet on väsimuse kestuse seisukohalt ülioluline.

Keraamiliste valtselementide kvaliteet ja töökindlus on viimastel aastatel oluliselt paranenud. Tänu mittepurustavate testimismeetodite (NDE) kasutuselevõtule ja räninitriidmaterjalide puhastamise ja paagutamise pidevatele edusammudele suutsid insenerid lõpuks välja töötada keraamilised kuulid, millel on usaldusväärne veerekontakti väsimuskindlus (Galbato et al., 1992)[5]. Seetõttu kasvas 1990ndatel märkimisväärselt hübriidkeraamiliste laagrite kasutamine kiirtööpinkide spindlites, mis aitas oluliselt kaasa nende mehaaniliste komponentide kiirele jõudlusele ja täpsusele (Cundill, 1993) [6]. Joonis 2 näitab keraamika väsimustugevuse paranemist (Cundill, 1990) [7], mis on
See on tingitud kuumpressi paagutamise protsessi täiustamisest kogu tootmisprotsessi vältel ning poorsuse ja pinnadefektide pidevast vähendamisest (mida saab nüüd kontrollida mittepurustavate katsetega).

SUN RISES GROUP LIMITED SKF Hübriidkeraamilised laagrid Varude kuva;