Kāpēc hibrīda keramikas gultņu kontaktspriegums ir liels, bet to kalpošanas laiks ir garāks nekā parastajiem gultņiem?

Hibrīdie keramikas gultņi ir piemēroti skarbiem darba apstākļiem, piemēram, slikta eļļošana un nopietns piesārņojums [2-3]. Sakarā ar keramikas materiāla augstāko stingrību, hibrīda keramikas gultņiem ir nedaudz mazāks Herca kontakta laukums, kā rezultātā rodas lielākas saskares un virszemes spriedzes nekā tāda paša izmēra tērauda gultņiem. Teorētiski tas noved pie saīsināta gultņa noguruma kalpošanas laika. Tomēr ir novērots, ka dažos specifiskos lietojumos hibrīda gultņiem ir ilgāks kalpošanas laiks. Kā izskaidrot šo neparasto parādību? Kā to modelēt? Šis raksts ne tikai sniedz atbildes uz šiem jautājumiem, bet arī parāda, ka vispārējs gultņu dzīves modelis var labi simulēt un izskaidrot lauka novērojumus. Tagad ir pieejams SKF vispārējais gultņu kalpošanas laika modelis hibrīda gultņiem.

Hibrīda gultņu gredzena materiāls ir gultņu tērauds, bet rites elementa materiāls ir gultņa kvalitātes silīcija nitrīds (Si3N4) (1. att.). Silīcija nitrīds ir keramikas (ti, nemetālisks) materiāls, kam raksturīga augsta cietība, augsts elastības modulis, augsta temperatūra un ķīmiskā izturība, zems blīvums, zema elektrovadītspēja un zema elastība. Tā kā silīcija nitrīda keramikas materiāli ir lieliski izolatori, hibrīda keramikas gultņus var izmantot maiņstrāvas un līdzstrāvas motoros un ģeneratoros, lai izveidotu efektīvu izolāciju starp korpusu un vārpstu. Salīdzinot ar visa tērauda gultņiem, hibrīdgultņi labi darbojas sliktas eļļošanas un cietu piesārņotāju klātbūtnes apstākļos, taču saskares spriegumi ir lielāki, jo keramikas velmēšanas elementi pie vienas slodzes ir stingrāki.

1. attēls Hibrīdie lodīšu un rullīšu gultņi ir pieejami dažādu izmēru segmentos

Turklāt hibrīda gultņi nodrošina lielāku ātrumu un vairumā gadījumu ilgāku kalpošanas laiku nekā tāda paša izmēra tērauda gultnis tādos pašos darba apstākļos. Hibrīda gultņi darbojas arī ļoti labi liela paātrinājuma, vibrācijas vai svārsta kustības apstākļos. Ātrgaitas lietojumiem, piemēram, darbgaldu vārpstām un turbokompresoriem, ir nepieciešama īpaša gultņu konstrukcija, īpaši materiāli un eļļošanas sistēmas. Paredzams, ka šī tendence turpināsies, un daudzi citi mūsdienu rūpnieciskie lietojumi atpazīs un izmantos hibrīda gultņu unikālās iespējas.

Keramikas kā gultņu materiāla izmantošana pirmo reizi tika ierosināta 1960. gados, lai ražotu ārkārtējas temperatūras gultņus aviācijas un kosmosa lietojumiem. Ir pierādīts, ka pilnībā blīvam karsti presētam silīcija nitrīdam ir vislabākā rites kontakta noguruma (RCF) izturība salīdzinājumā ar citiem keramikas materiāliem, veicot komponentu rites kontakta noguruma testus. Ievērojamas atšķirības noguruma pretestībā tika novērotas arī starp šķietami identisku keramikas bumbiņu ražošanas partijām. Astoņdesmitajos gados Lorösch et al. (1980) [4] veica hibrīda keramikas leņķa kontakta lodīšu gultņu noguruma testus. Izmantojot augstākās kvalitātes keramikas lodītes, viņi atklāja, ka hibrīda keramikas gultņu rites kontakta noguruma pretestība ir salīdzināma ar tērauda gultņu pretestību ar tādu pašu slodzi, neskatoties uz to, ka kontaktspriegums ir palielinājies par 12 procentiem. Tomēr papildu testi ar otro keramisko bumbiņu partiju atklāja mazāku noguruma kalpošanas laiku, kas liecina, ka keramikas bumbiņu kvalitāte ir būtiska noguruma kalpošanas laikam.

Keramikas velmēšanas elementu kvalitāte un uzticamība pēdējos gados ir ievērojami uzlabojusies. Pateicoties nesagraujošās testēšanas (NDE) metožu ieviešanai un nepārtrauktiem uzlabojumiem silīcija nitrīda materiālu attīrīšanā un saķepināšanā, inženieri beidzot varēja izstrādāt keramikas lodītes ar uzticamu rites kontakta noguruma pretestību (Galbato et al., 1992)[5]. Šī iemesla dēļ 1990. gados ievērojami pieauga hibrīda keramikas gultņu izmantošana ātrgaitas darbgaldu vārpstās, ievērojami veicinot šo mehānisko komponentu ātrgaitas veiktspēju un precizitāti (Cundill, 1993) [6]. 2. attēlā parādīts keramikas noguruma izturības uzlabojums (Cundill, 1990) [7], kas ir
ir saistīts ar karstās preses saķepināšanas procesa uzlabošanu visā ražošanas procesā un nepārtrauktu porainības un virsmas defektu samazināšanu (ko tagad var kontrolēt ar nesagraujošu testēšanu).

SUN RISES GROUP LIMITED SKF Hibrīda keramikas gultņi Inventāra displejs;