Ležajno jeklo, zračnost, tesnilo in mazivo (mast) za trajno visoko temperaturo: kako določiti kombinacijo in režim dodatnega mazanja

Najprej izmerite resnično trajno temperaturo

Vsaka poznejša izbira — družina maziva, material tesnila, razred zračnosti — je vezana na temperaturo pri mazivu ali ležišču, ne na okoliški zrak okoli stroja. Prvo navodilo vira je, da se ta delovna temperatura izmeri s kontaktnim ali nekontaktnim senzorjem, ker je pogosto nižja, kot se zdi⁶.

Drugo vprašanje je obratovalni režim: je izpostavljenost prekinjena ali trajna? Če je trajna nad 392 °F (200 °C), vir kupca usmerja k izdelku vrhnjega razreda, ki izpolnjuje delovne zahteve⁶.

Ležišče, ki kaže 60 °C (140 °F) ali več, že signalizira drugačen režim. Nad to ravnjo naj večina uporabnikov pri masti kot izbranem mazilu pričakuje potrebo po posebnem olju, stalnih pregledih ravni in precej krajših intervalih dodatnega mazanja¹⁵.

To je praktični razlog, zakaj meritev prehiti specifikacijo: ista pozicija ležaja pri 55 °C in pri 95 °C ne dobi istega maziva, istega tesnila ali istega intervala vzdrževanja. V isti korak merjenja spadata še dve vprašanji, ker menjata, čemu mora mazivo kositi.

Cikli segrevanja in hlajenja med obratovalnimi in neobratovalnimi intervali lahko vlečejo vlago skozi atmosfero ali z nalivom⁶. In če bo dodatno mazanje težavno ali redko, vir nakazuje, da lahko dražji izdelek vrhnjega razreda da nižje skupne stroške uporabe kljub višji nabavni ceni⁶.

Izključite razrede jekla, katerih toplotna obdelava temperature ne zdrži

Standardno prekaljeno jeklo 52100 se popušča pri nizki temperaturi, tipično okoli 160 °C, po kaljenju². Ta korak popuščanja razkraja preostali avstenit in iz martenzita izloča prehodne karbide ter tvori popuščani martenzit — prav takrat pa nastopijo tudi dimenzijske spremembe kosa².

Posledica za vročo pozicijo je, da mora razred popuščanja in dimenzijske stabilnosti jekla, ne le njegova trdota, ustrezati temperaturnemu pasu, ki ga bo ležaj dejansko videl. To je korak presejanja, ne korak cene.

Če izmerjena trajna temperatura sedi na območju popuščanja razreda na risbi ali nad njim, sta razred in njegova toplotna obdelava napačna izhodišče in nobena poznejša izbira tesnila, zračnosti ali maziva tega ne popravi.

Viri v tej množini ne objavljajo najvišje trajne delovne temperature po razredu jekla ali po razredu dimenzijske stabilnosti, zato kupec razreda ne more določiti iz tabele. Branljiv korak je, da se dobavitelju sporoči izmerjena trajna in vrhovna temperatura ter zahteva, da se razred jekla, toplotna obdelava in razred stabilnosti deklarirajo proti njej.

Zračnost določite kot sistem skupaj z nasadom in temperaturnim gradientom

Notranja zračnost je v ležaj zasnovana od vsega začetka, da lahko nosi obremenitev pri temperaturnem razpenjanju in nasadu med obroči³. Smer popravka je odvisna od tega, kateri obroč teče vročejši.

Če se pričakuje, da se bo notranji obroč ali gred segrel in razpenjal bolj kot zunanji obroč ali ležišče, je zaželjena večja radialna zračnost, ker bo delovna zračnost upadla; če se zunanji obroč razpenja bolj, zračnost namesto tega narašča³.

Nasad s pritiskom na gredi deluje v isti smer kot toplota: raztegne tekalno površino notranjega obroča in zmanjša izdelano, torej delavsko notranjo zračnost¹⁷. Če te redukcije ne upoštevamo, morda ne bo ostalo dovolj delavske zračnosti, da sploh katera delovna zračnost ostane.

Nekaj delovne zračnosti je nujno, da se prepreči prekomerno ustvarjanje toplote, njena izguba pa sproži toplotno ujavo — toplota dviguje temperaturo, negativna zračnost ustvarja več toplote in cikel se nadaljuje, dokler ležaj ni preveč vroč za svoje mazanje¹⁷.

Če notranji obroč teče vročejši ali je odvod toplote slab, je nakazana smer večji razred: C3 za delovanje pri visoki temperaturi in visokih hitrostih oziroma C3/C4, kjer slab odvod toplote povzroča kopičenje delovne temperature⁹.

C3 je razred zračnosti, ne vrsta zaključka, in ga je treba določiti skupaj s pripono zaključka, kot sta ZZ ali 2RS, in ne samega⁹. Viri ne dajejo številčnega povečanja zračnosti za naveden dvig temperature, zato je treba natančen razred potrditi z dobaviteljem glede na nasad in izmerjen gradient.

Izberite tesnilo, ki temperaturo prenese brez zožitve omejitve hitrosti

Izbiro tesnila in omejitev hitrosti je treba presoditi skupaj, ker kontaktno tesnilo menja oboje. Kovinske zaščitne ploščice imajo boljšo odpornost na toploto kot guma in lahko ustavijo prah iz velikih delcev, zato je nad približno 120 °C brez visoke zahteve po vodotesnosti ZZ priporočena izbira namesto gumijastega tesnila⁹.

Gumijasta tesnila dajejo boljšo zaščito pred vodo in prahom, imajo pa omejeno odpornost na toploto, standardni NBR pa razpada nad 100–120 °C; višje temperature potrebujejo poseben material, kot je Viton, kar doda stroške¹³. Hitrostna stran je del, ki ga je najlaže spregledati.

Kontaktno trenje zniža največjo hitrost približno za 40 % glede na odprt ali zaščiten ležaj iste velikosti — v navedenem primeru je 6202 ocenjen na 20.000 v/min kot odprt, omejen pa na približno 12.000 v/min kot različica 2RS pri mazanju z mastjo¹³.

Ta številka je podana kot splošen primer, ne kot vrednost za vsako velikost ležaja, zato jo je treba jemati kot smer za preverjanje in ne kot številko za uporabo.

Kjer je pozicija in vroča in umazana, si zahtevi nasprotujeta: zaščitna ploščica, ki prenese temperaturo, ponuja manjšo zaščito pred onesnaženjem, tesnilo, ki odvrne vodo in fini prah, pa je tisto, katerega elastomer omejuje temperaturo.

Naloga kupca je navesti, česar pozicija najmanj sme izgubiti, in nato zahtevati, da dobavitelj potrdi material tesnila in nastalo omejitev hitrosti za konkretni ležaj.

Izberite najcenejšo družino maziva, ki pokriva izmerjeno temperaturo

Temperaturna zmogljivost maziva je določena skupaj z osnovnim oljem in zgoščevalom, ne s samim enim od njiju^23,25.

Družine se razvrščajo od litijevega kompleksa prek poliureje in kalcijevega sulfonata do PFPE/PTFE, stroškovni korak na vrhu pa je zelo velik — mazilo na osnovi fluoriranega ogljikovodika lahko učinkovito deluje celo pri 570 °F (300 °C) v vesoljskih aplikacijah, lahko pa stane tudi stotine dolarjev za funt⁸.

Praktično pravilo je izbrati najcenejšo družino, katere ocenjeni obseg pokriva izmerjeno trajno temperaturo, fluorirane družine pa rezervirati za pozicije, kamor nič cenejšega ne doseže. Naslednja tabela podaja tipične najvišje temperature po družinah.

To so tipične vrednosti iz neveznih virov, ne industrijske meje, in noben vir ne vzpostavlja obvezne vrste maziva za dano temperaturo²³. Stroškovna pozicija je podana kot relativni pas, ker viri ne objavljajo enotnih cen teh družin.

Viskoznost osnovnega olja je ločena odločitev od temperaturne ocene. Olje z višjo viskoznostjo dviguje upor pri visoki tangencialni hitrosti, kar zniža učinkovitost in dvigne delovno temperaturo ter zniža podprti faktor hitrosti^4,15.

Viri ne dajo viskoznosti osnovnega olja pri delovni temperaturi kupca, zato mora ta vrednost priti od dobavitelja maziva za konkreten izdelek.

Odločite režim dodatnega mazanja, ki ga kombinacija vsili

Višja temperatura pospeši oksidacijo maziva in izgubo olja, zato se interval skrajša glede na pozicijo z normalno temperaturo; nad približno 60 °C na ležiščih so precej krajši intervali dodatnega mazanja pričakovani režim¹⁵. Spodnji pregledi določajo režim, ki sledi že izbranemu tesnilu in mazivu.

• ✓Potrdite, ali je pozicija dodatno mazana ali brez vzdrževanja: ležaj brez vzdrževanja je tipično vnaprej napolnjen s strani proizvajalca, zato dodatno mazanje ni del režima [S28].
• ✓Če je brez vzdrževanja, zahtevajte od dobavitelja življenjsko dobo maziva, ki jo pokriva začetna polnitev, saj noben vir ne daje izračunane življenjske dobe maziva za navedeno temperaturo [S28].
• ✓Če se dodatno maže, polnitev nastavite na približno tretjino prostega volumna ležaja; preveč maziva povzroča nabiranje toplote z mešanjem, premalo pa ogroža z zgodnjo obrabo [S28].
• ✓Naj se interval izračuna z orodji ali diagrami proizvajalca ležaja ali maziva, ki upoštevajo velikost, hitrost in delovne pogoje [S28].
• ✓Uravnajte pogostost in količino dodatnega mazanja glede na onesnaženje: mazivo, ki lahko kaplja na kos v procesu, je omejitev za oboje [S6].
• ✓Preverite, ali ima ležišče odtočno pot, saj je odvečno mazilo, dodano v ležišče zaščitenega ležaja, iztisnjeno vzdolž reže med gredjo in zunanjim pokrovom [S5].

Kvalifikacijske in komercialne pogoje vnesite v RFQ

MOQ in rok dobave ni mogoče oceniti, dokler ni navedena konfiguracija. Pri ležajih C3 se MOQ razlikuje glede na vrsto, specifikacijo in to, ali je potrebna prilagoditev, za ponudbo in oceno roka dobave pa so potrebni model, koda zračnosti, količina in uporaba¹⁶.

Isti vhodi — vrsta opreme, hitrost, obremenitev, delovna temperatura in montažni nasad — so tisto, kar dobavitelju omogoča presoditi, ali specifikacija sploh ustreza¹⁶.

Pri kvalifikaciji predlagani okvir zasega uteži certifikate kakovosti s 30 %, z ISO 9001 kot minimumom in IATF 16949 kot zaželenim, proizvodno zmogljivost s 25 %, vključno z avtomatiziranim brušenjem in preskušanjem Z3/V3, ter sledljivost materiala s 20 % prek tovarniških certifikatov EN 10204 3.1³².

Ti pragi prihajajo iz predlagane ocenjevalne matrike, ne iz zavezujočega standarda, zato so izhodiščna pozicija za lastno uteževanje kupca in ne obvezna prečka.

En dobavitelj opisuje svoje dokaze o kakovosti kot certifikaciji ISO 9001 in IATF 16949, 100-odstotno merilno kontrolo in stopnjo napak pod 50 ppm pri ležajih s križnimi valji³⁴ — to je samopodoba dobavitelja, ne neodvisno preverjena številka.

RFQ naj zato nosi izmerjeno trajno in vrhovno temperaturo, izbrano kodo zračnosti z njeno pripono zaključka, material tesnila, družino maziva in načrtovani režim dodatnega mazanja, tako da dobavitelj ponuja glede na navedeni model in ne glede na generični kos C3.

Kje se viri ne strinjajo

Dve točki v tej odločitvi viri ne rešita in obe menita, kaj kupec specifira. Tabela drži obe strani vidni, namesto da ju združi v eno priporočilo.

Česa viri ne ugotavljajo

• Ni izmerjenih temperaturnih profilov ohišja ali notranjega obroča, niti podatkov o toplotnem nakopičenju ali termičnem cikliranju za položaj kupca.
• Ni navedene najvišje neprekinjene delovne temperature po jeklenih kakovostih ali po razredih toplotne obdelave/dimenzijske stabilnosti.
• Ni številskega izračuna povečanja zračnosti, ki bi povezal dvig temperature, prileganje in zahtevani razred zračnosti.
• Ni viskoznosti osnovnega olja pri delovni temperaturi kupca in ni proizvajalčevo navedene najvišje neprekinjene ter kratkotrajne temperature za določen mazalni izdelek.
• Ni tabele nazivnih temperaturnih mej za materiale tesnil (FKM/Viton, PTFE, silikon) in ni podatkov o kazni zaradi trenja ali hitrosti onkraj edinstvenega primera okoli 40 %.
• Ni izračunane življenjske dobe maziva ali specifičnega intervala, količine in načina ponovnega mazanja za delovno temperaturo kupca.
• Ni vrednosti n·dm, razmerja C/P ali aksialnih/radialnih obremenitev in zato ni nastalih mej hitrosti in obremenitve za izbrano kombinacijo tesnila in maziva.
• Ni enotnih cen, količinskih popustov ali dobavnih rokov za izvedbe za visoke temperature in posebne zračnosti.
• Noben vir ne ugotavlja odločilnega standarda ali avtoritativnega tehničnega vira za katero koli od navedenih temperaturnih pragov.