對提高整個行業可靠性的需求不斷增加，這意味著工程師需要考慮設備的所有組件。軸承系統是機器中的關鍵部件，其故障可能會帶來災難性且代價高昂的后果。軸承設計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性的環境中指定軸承時應考慮的注意事項，以便工程師可以確保其設備的高可靠性和出色的長壽命性能。
軸承系統包括許多元件，例如包括滾珠，套圈，保持架和潤滑。標準軸承通常無法承受嚴酷環境的嚴酷考驗，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，通過仔細考慮每個因素，就可以最好地為應用配置軸承。
在高溫下運行
高溫應用（例如在航空航天工業中的致動系統中使用的應用）可能會給標準軸承帶來挑戰。此外，隨著設備的體積越來越小和功率密度的增加，設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，從而導致軸承故障。通常將標準潤滑脂的最高溫度限制在120°C左右，某些常規的高溫潤滑脂能夠抵抗高達180°C的溫度。
但是，對于需要更高溫度的應用場合，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現低速可靠的運行。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，因為它們可以忍受很高的溫度并持續更長的時間。
材料
當溫度超過300°C時，則需要特殊的環和球材料。AISIM50是一種高溫鋼，通常被推薦使用，因為它在高溫下表現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，因為它具有很高的耐腐蝕性，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，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
先進的涂層和表面處理技術可應用于軸承，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或緊急情況下繼續運行。
低溫下的可靠性
另一方面，低溫對于標準軸承可能會造成問題。
潤滑方式
在低溫應用中，例如溫度在-190°C左右的低溫泵應用中，油潤滑會變得蠟狀，從而導致軸承故障。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，在這些應用中，被泵送的介質可以充當潤滑劑，因此需要對軸承進行特殊配置，以使用與介質良好配合的材料在這些低溫下運行。
材料
SV30®是可用于改善軸承疲勞壽命和耐磨性的一種材料，它是一種馬氏體經過淬火，高氮，耐腐蝕的鋼。還建議使用陶瓷球，因為它們具有出色的性能。該材料的固有機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行性能，并且更適合在低溫下可靠運行。
保持架材料也應選擇為盡可能耐磨，這里的好選擇包括PEEK，聚三氟氯乙烯和PAI塑料。
熱處理
環應經過特殊熱處理，以提高低溫下的尺寸穩定性。
內部設計
低溫工作的另一個考慮因素是軸承的內部設計。軸承被設計成具有一定程度的徑向游隙，但是隨著溫度的降低，軸承部件會發生熱收縮，因此徑向游隙的量會減少。如果在運行過??程中徑向游隙減小到零，則將導致軸承故障。旨在用于低溫應用的軸承應設計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
在超高真空環境中，例如在制造電子設備，半導體和LCD中存在的環境中，壓力可能低于10-7mbar。超高真空軸承通常用于制造環境中的致動設備。另一個典型的真空應用是渦輪分子泵，可在制造環境中產生真空。在后一種應用中，經常需要軸承高速工作。
潤滑方式
在這些條件下潤滑是關鍵。在如此高的真空度下，標準的潤滑脂會蒸發并脫氣，而缺乏有效的潤滑會導致軸承故障。因此需要使用特殊的潤滑。對于高真空環境（低至約10-7mbar），可以使用PFPE潤滑脂，因為它們具有更高的耐蒸發性。對于超高真空環境（10-9mbar及以下），需要使用固體潤滑劑和涂料。
對于中等真空環境（大約10-2mbar），通過精心設計和選擇特殊的真空潤滑脂，可以使軸承系統具有超過40,000小時（約5年）的使用壽命，并可以高速運行。實現。
耐腐蝕性能
打算在腐蝕性環境中使用的軸承需要特別配置，因為它們可能會暴露于酸，堿和鹽水以及其他腐蝕性化學物質中。
材料
材料是腐蝕性環境的重要考慮因素。標準軸承鋼容易腐蝕，導致早期軸承故障。在這種情況下，應考慮使用帶陶瓷球的SV30環材料，因為它們具有很高的耐腐蝕性。實際上，研究表明，在鹽霧環境中，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）也可以用于進一步提高軸承的耐腐蝕性物質。
從介質潤滑中獲得更多收益
最終的挑戰性環境是應用，其中介質充當潤滑劑，例如制冷劑，水或液壓油。在所有這些應用中，材料都是最重要的考慮因素，并且經常發現SV30–陶瓷混合軸承提供了最實用，理想的解決方案。
結論
極端環境對標準軸承提出了許多操作挑戰，從而導致它們過早失效。在這些應用中，應仔細配置軸承，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，應特別注意潤滑，材料，表面涂層和熱處理。
