Зашто је контактни напон хибридних керамичких лежајева велики, али је његов животни век дужи од обичних лежајева?

Хибридни керамички лежајеви су погодни за тешке услове рада као што су лоше подмазивање и озбиљно загађење [2-3]. Због инхерентно веће крутости керамичког материјала, хибридни керамички лежајеви имају нешто мању Хертзиан контактну површину, што резултира већим контактним и подземним напонима од потпуно челичних лежајева исте величине. У теорији, ово доводи до скраћеног века трајања лежаја. Међутим, примећено је да у неким специфичним применама хибридни лежајеви имају дужи радни век. Како објаснити ову ненормалну појаву? Како то моделирати? Овај рад не само да даје одговоре на ова питања, већ и показује да генерички модел живота лежаја може добро да симулира и објасни посматрања на терену. СКФ генерички модел животног века лежаја за хибридне лежајеве је сада доступан.

Материјал прстена хибридних лежајева је челични лежај, а материјал котрљајућег елемента је силицијум нитрид (Си3Н4) за лежајеве (Сл. 1). Силицијум нитрид је керамички (тј. неметални) материјал који карактерише висока тврдоћа, високи модул еластичности, висока температурна и хемијска отпорност, ниска густина, ниска електрична проводљивост и ниска дуктилност. Пошто су керамички материјали од силицијум нитрида одлични изолатори, хибридни керамички лежајеви се могу користити у АЦ и ДЦ моторима и генераторима да формирају ефикасну изолацију између кућишта и осовине. У поређењу са потпуно челичним лежајевима, хибридни лежајеви се добро понашају у условима лошег подмазивања и присуства чврстих загађивача, али су контактна напрезања већа због веће крутости керамичких котрљајућих елемената под истим оптерећењем.

Слика 1 Хибридни куглични и ваљкасти лежајеви доступни су у сегментима различитих величина

Поред тога, хибридни лежајеви обезбеђују већу брзину и, у већини случајева, дужи животни век од потпуно челичних лежајева исте величине у истим условима рада. Хибридни лежајеви такође раде изузетно добро у условима великог убрзања, вибрација или кретања клатна. Примене велике брзине као што су вретена алатних машина и турбо пуњачи захтевају посебне дизајне лежајева, посебне материјале и системе за подмазивање. Очекује се да ће се овај тренд наставити и многе друге модерне индустријске примене препознаће и искористити јединствене могућности хибридних лежајева.

Употреба керамике као материјала за лежај је први пут предложена 1960-их за производњу екстремних температурних лежајева за примену у ваздухопловству. Показало се да потпуно густ вруће пресовани силицијум нитрид има најбољу отпорност на замор контакта при котрљању (РЦФ) у поређењу са другим керамичким материјалима кроз испитивање замора у контакту при котрљању. Уочене су значајне разлике у отпорности на замор између производних партија наизглед идентичних керамичких куглица. Осамдесетих година прошлог века, Лоросцх ет ал. (1980) [4] је извршио тестове издржљивости на замор хибридних керамичких кугличних лежајева са угаоним контактом. Користећи најквалитетније керамичке куглице, открили су да је отпорност на замор при котрљању хибридних керамичких лежајева упоредива са отпорношћу на потпуно челичне лежајеве под истим оптерећењем, упркос повећању контактног напрезања од 12 процената. Међутим, додатни тестови на другој серији керамичких куглица открили су нижи век трајања, што сугерише да је квалитет керамичких куглица од кључног значаја за радни век трајања.

Квалитет и поузданост керамичких котрљајућих елемената значајно су побољшани у последњих неколико година. Захваљујући увођењу метода испитивања без разарања (НДЕ) и континуираном напретку у пречишћавању и синтеровању материјала од силицијум нитрида, инжењери су коначно могли да развију керамичке кугле са поузданом отпорношћу на замор у контакту при котрљању (Галбато ет ал., 1992)[5]. Због тога се употреба хибридних керамичких лежајева у вретенима алатних машина велике брзине значајно повећала током 1990-их, што је у великој мери допринело перформансама велике брзине и тачности ових механичких компоненти (Цундилл, 1993) [6]. На слици 2 приказано је побољшање заморне чврстоће керамике (Цундилл, 1990) [7], што је
приписује се побољшању процеса синтеровања врућим пресовањем током целог процеса производње и континуираном смањењу порозности и површинских дефеката (који се сада могу контролисати испитивањем без разарања).

СУН РИСЕС ГРОУП ЛИМИТЕД СКФ хибридни керамички лежајеви Приказ инвентара;