對提高整個行業(yè)可靠性的需求不斷增加，這意味著工程師需要考慮設(shè)備的所有組件。軸承系統(tǒng)是機(jī)器中的關(guān)鍵部件，其故障可能會帶來災(zāi)難性且代價高昂的后果。軸承設(shè)計(jì)對可靠性有重大影響，特別是在極端操作條件下，包括高溫或低溫，真空和腐蝕性氣氛。本文概述了在具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中指定軸承時應(yīng)考慮的注意事項(xiàng)，以便工程師可以確保其設(shè)備的高可靠性和出色的長壽命性能。
軸承系統(tǒng)包括許多元件，例如包括滾珠，套圈，保持架和潤滑。標(biāo)準(zhǔn)軸承通常無法承受嚴(yán)酷環(huán)境的嚴(yán)酷考驗(yàn)，因此需要特別考慮各個零件。最重要的元素是潤滑，材料和特殊的熱處理或涂層，通過仔細(xì)考慮每個因素，就可以最好地為應(yīng)用配置軸承。
在高溫下運(yùn)行
高溫應(yīng)用（例如在航空航天工業(yè)中的致動系統(tǒng)中使用的應(yīng)用）可能會給標(biāo)準(zhǔn)軸承帶來挑戰(zhàn)。此外，隨著設(shè)備的體積越來越小和功率密度的增加，設(shè)備中的溫度也在上升，這給平均軸承帶來了問題。
潤滑方式
潤滑是此處的重要考慮因素。潤滑油具有最高的工作溫度，在該溫度下它們將開始降解并迅速蒸發(fā)，從而導(dǎo)致軸承故障。通常將標(biāo)準(zhǔn)潤滑脂的最高溫度限制在120°C左右，某些常規(guī)的高溫潤滑脂能夠抵抗高達(dá)180°C的溫度。
但是，對于需要更高溫度的應(yīng)用場合，可以使用特殊的氟化潤滑脂，并且可以獲得超過250°C的溫度。在不可能進(jìn)行液體潤滑的情況下，可以選擇使用固體潤滑，這樣即使在更高的溫度下也可以實(shí)現(xiàn)低速可靠的運(yùn)行。在這種情況下，建議使用二硫化鉬，二硫化鎢，石墨或聚四氟乙烯作為固體潤滑劑，因?yàn)樗鼈兛梢匀淌芎芨叩臏囟炔⒊掷m(xù)更長的時間。
材料
當(dāng)溫度超過300°C時，則需要特殊的環(huán)和球材料。AISIM50是一種高溫鋼，通常被推薦使用，因?yàn)樗诟邷叵卤憩F(xiàn)出很高的耐磨性和抗疲勞性。BG42是另一種高溫鋼，在300°C時具有良好的熱硬度，通常被指定使用，因?yàn)樗哂泻芨叩哪透g性，并且在極端溫度下也不易疲勞和磨損。
還需要高溫籠，它們可以用特殊的聚合物材料提供，包括PTFE，聚酰亞胺，聚酰胺-酰亞胺和聚醚-醚-酮。對于高溫油潤滑系統(tǒng)，軸承保持架也可以由青銅，黃銅或鍍銀鋼制成。
涂層和熱處理
先進(jìn)的涂層和表面處理技術(shù)可應(yīng)用于軸承，以消除摩擦，防止腐蝕并減少磨損，從而改善高溫下的軸承性能。例如，鋼制保持架可以涂銀以提高性能和可靠性。在潤滑劑失效/缺乏的情況下，鍍銀的作用類似于固體潤滑劑，使軸承能夠在短時間內(nèi)或緊急情況下繼續(xù)運(yùn)行。
低溫下的可靠性
另一方面，低溫對于標(biāo)準(zhǔn)軸承可能會造成問題。
潤滑方式
在低溫應(yīng)用中，例如溫度在-190°C左右的低溫泵應(yīng)用中，油潤滑會變得蠟狀，從而導(dǎo)致軸承故障。諸如MOS2或WS2之類的固體潤滑是提高可靠性的理想選擇。此外，在這些應(yīng)用中，被泵送的介質(zhì)可以充當(dāng)潤滑劑，因此需要對軸承進(jìn)行特殊配置，以使用與介質(zhì)良好配合的材料在這些低溫下運(yùn)行。
材料
SV30®是可用于改善軸承疲勞壽命和耐磨性的一種材料，它是一種馬氏體經(jīng)過淬火，高氮，耐腐蝕的鋼。還建議使用陶瓷球，因?yàn)樗鼈兙哂谐錾男阅?。該材料的固有機(jī)械性能意味著它們在惡劣的潤滑條件下也能提供出色的運(yùn)行性能，并且更適合在低溫下可靠運(yùn)行。
保持架材料也應(yīng)選擇為盡可能耐磨，這里的好選擇包括PEEK，聚三氟氯乙烯和PAI塑料。
熱處理
環(huán)應(yīng)經(jīng)過特殊熱處理，以提高低溫下的尺寸穩(wěn)定性。
內(nèi)部設(shè)計(jì)
低溫工作的另一個考慮因素是軸承的內(nèi)部設(shè)計(jì)。軸承被設(shè)計(jì)成具有一定程度的徑向游隙，但是隨著溫度的降低，軸承部件會發(fā)生熱收縮，因此徑向游隙的量會減少。如果在運(yùn)行過??程中徑向游隙減小到零，則將導(dǎo)致軸承故障。旨在用于低溫應(yīng)用的軸承應(yīng)設(shè)計(jì)成在室溫下具有更大的徑向游隙，以便在低溫下具有可接受的工作徑向游隙水平。
處理真空壓力
在超高真空環(huán)境中，例如在制造電子設(shè)備，半導(dǎo)體和LCD中存在的環(huán)境中，壓力可能低于10-7mbar。超高真空軸承通常用于制造環(huán)境中的致動設(shè)備。另一個典型的真空應(yīng)用是渦輪分子泵，可在制造環(huán)境中產(chǎn)生真空。在后一種應(yīng)用中，經(jīng)常需要軸承高速工作。
潤滑方式
在這些條件下潤滑是關(guān)鍵。在如此高的真空度下，標(biāo)準(zhǔn)的潤滑脂會蒸發(fā)并脫氣，而缺乏有效的潤滑會導(dǎo)致軸承故障。因此需要使用特殊的潤滑。對于高真空環(huán)境（低至約10-7mbar），可以使用PFPE潤滑脂，因?yàn)樗鼈兙哂懈叩哪驼舭l(fā)性。對于超高真空環(huán)境（10-9mbar及以下），需要使用固體潤滑劑和涂料。
對于中等真空環(huán)境（大約10-2mbar），通過精心設(shè)計(jì)和選擇特殊的真空潤滑脂，可以使軸承系統(tǒng)具有超過40,000小時（約5年）的使用壽命，并可以高速運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)。
耐腐蝕性能
打算在腐蝕性環(huán)境中使用的軸承需要特別配置，因?yàn)樗鼈兛赡軙┞队谒幔瑝A和鹽水以及其他腐蝕性化學(xué)物質(zhì)中。
材料
材料是腐蝕性環(huán)境的重要考慮因素。標(biāo)準(zhǔn)軸承鋼容易腐蝕，導(dǎo)致早期軸承故障。在這種情況下，應(yīng)考慮使用帶陶瓷球的SV30環(huán)材料，因?yàn)樗鼈兙哂泻芨叩哪透g性。實(shí)際上，研究表明，在鹽霧環(huán)境中，SV30材料的使用壽命比其他耐腐蝕鋼的使用壽命長很多倍。在受控的鹽霧測試中，SV30鋼在經(jīng)過1000小時的鹽霧測試后僅顯示出輕微的腐蝕跡象，并且在測試環(huán)上清楚地看到了SV30的高耐腐蝕性。特殊的陶瓷球材料（例如氧化鋯和碳化硅）也可以用于進(jìn)一步提高軸承的耐腐蝕性物質(zhì)。
從介質(zhì)潤滑中獲得更多收益
最終的挑戰(zhàn)性環(huán)境是應(yīng)用，其中介質(zhì)充當(dāng)潤滑劑，例如制冷劑，水或液壓油。在所有這些應(yīng)用中，材料都是最重要的考慮因素，并且經(jīng)常發(fā)現(xiàn)SV30–陶瓷混合軸承提供了最實(shí)用，理想的解決方案。
結(jié)論
極端環(huán)境對標(biāo)準(zhǔn)軸承提出了許多操作挑戰(zhàn)，從而導(dǎo)致它們過早失效。在這些應(yīng)用中，應(yīng)仔細(xì)配置軸承，使其適合特定目的并提供出色的持久性能。為確保軸承的高可靠性，應(yīng)特別注意潤滑，材料，表面涂層和熱處理。
