对提高整个行业可(kě)靠性的需求不断增加，这意味着工程师需要考虑设备的所有(yǒu)组件。轴承系统是机器中的关键部件，其故障可(kě)能(néng)会带来灾难性且代价高昂的后果。轴承设计对可(kě)靠性有(yǒu)重大影响，特别是在极端操作条件下，包括高温或低温，真空和腐蚀性气氛。本文(wén)概述了在具有(yǒu)挑战性的环境中指定轴承时应考虑的注意事项，以便工程师可(kě)以确保其设备的高可(kě)靠性和出色的長(cháng)寿命性能(néng)。
轴承系统包括许多(duō)元件，例如包括滚珠，套圈，保持架和润滑。标准轴承通常无法承受严酷环境的严酷考验，因此需要特别考虑各个零件。最重要的元素是润滑，材料和特殊的热处理(lǐ)或涂层，通过仔细考虑每个因素，就可(kě)以最好地為(wèi)应用(yòng)配置轴承。
在高温下运行
高温应用(yòng)（例如在航空航天工业中的致动系统中使用(yòng)的应用(yòng)）可(kě)能(néng)会给标准轴承带来挑战。此外，随着设备的體(tǐ)积越来越小(xiǎo)和功率密度的增加，设备中的温度也在上升，这给平均轴承带来了问题。
润滑方式
润滑是此处的重要考虑因素。润滑油具有(yǒu)最高的工作温度，在该温度下它们将开始降解并迅速蒸发，从而导致轴承故障。通常将标准润滑脂的最高温度限制在120°C左右，某些常规的高温润滑脂能(néng)够抵抗高达180°C的温度。
但是，对于需要更高温度的应用(yòng)场合，可(kě)以使用(yòng)特殊的氟化润滑脂，并且可(kě)以获得超过250°C的温度。在不可(kě)能(néng)进行液體(tǐ)润滑的情况下，可(kě)以选择使用(yòng)固體(tǐ)润滑，这样即使在更高的温度下也可(kě)以实现低速可(kě)靠的运行。在这种情况下，建议使用(yòng)二硫化钼，二硫化钨，石墨或聚四氟乙烯作為(wèi)固體(tǐ)润滑剂，因為(wèi)它们可(kě)以忍受很(hěn)高的温度并持续更長(cháng)的时间。
材料
当温度超过300°C时，则需要特殊的环和球材料。AISIM50是一种高温钢，通常被推荐使用(yòng)，因為(wèi)它在高温下表现出很(hěn)高的耐磨性和抗疲劳性。BG42是另一种高温钢，在300°C时具有(yǒu)良好的热硬度，通常被指定使用(yòng)，因為(wèi)它具有(yǒu)很(hěn)高的耐腐蚀性，并且在极端温度下也不易疲劳和磨损。
还需要高温笼，它们可(kě)以用(yòng)特殊的聚合物(wù)材料提供，包括PTFE，聚酰亚胺，聚酰胺-酰亚胺和聚醚-醚-酮。对于高温油润滑系统，轴承保持架也可(kě)以由青铜，黄铜或镀银钢制成。
涂层和热处理(lǐ)
先进的涂层和表面处理(lǐ)技术可(kě)应用(yòng)于轴承，以消除摩擦，防止腐蚀并减少磨损，从而改善高温下的轴承性能(néng)。例如，钢制保持架可(kě)以涂银以提高性能(néng)和可(kě)靠性。在润滑剂失效/缺乏的情况下，镀银的作用(yòng)类似于固體(tǐ)润滑剂，使轴承能(néng)够在短时间内或紧急情况下继续运行。
低温下的可(kě)靠性
另一方面，低温对于标准轴承可(kě)能(néng)会造成问题。
润滑方式
在低温应用(yòng)中，例如温度在-190°C左右的低温泵应用(yòng)中，油润滑会变得蜡状，从而导致轴承故障。诸如MOS2或WS2之类的固體(tǐ)润滑是提高可(kě)靠性的理(lǐ)想选择。此外，在这些应用(yòng)中，被泵送的介质可(kě)以充当润滑剂，因此需要对轴承进行特殊配置，以使用(yòng)与介质良好配合的材料在这些低温下运行。
材料
SV30®是可(kě)用(yòng)于改善轴承疲劳寿命和耐磨性的一种材料，它是一种马氏體(tǐ)经过淬火，高氮，耐腐蚀的钢。还建议使用(yòng)陶瓷球，因為(wèi)它们具有(yǒu)出色的性能(néng)。该材料的固有(yǒu)机械性能(néng)意味着它们在恶劣的润滑条件下也能(néng)提供出色的运行性能(néng)，并且更适合在低温下可(kě)靠运行。
保持架材料也应选择為(wèi)尽可(kě)能(néng)耐磨，这里的好选择包括PEEK，聚三氟氯乙烯和PAI塑料。
热处理(lǐ)
环应经过特殊热处理(lǐ)，以提高低温下的尺寸稳定性。
内部设计
低温工作的另一个考虑因素是轴承的内部设计。轴承被设计成具有(yǒu)一定程度的径向游隙，但是随着温度的降低，轴承部件会发生热收缩，因此径向游隙的量会减少。如果在运行过程中径向游隙减小(xiǎo)到零，则将导致轴承故障。旨在用(yòng)于低温应用(yòng)的轴承应设计成在室温下具有(yǒu)更大的径向游隙，以便在低温下具有(yǒu)可(kě)接受的工作径向游隙水平。
处理(lǐ)真空压力
在超高真空环境中，例如在制造電(diàn)子设备，半导體(tǐ)和LCD中存在的环境中，压力可(kě)能(néng)低于10-7mbar。超高真空轴承通常用(yòng)于制造环境中的致动设备。另一个典型的真空应用(yòng)是涡轮分(fēn)子泵，可(kě)在制造环境中产生真空。在后一种应用(yòng)中，经常需要轴承高速工作。
润滑方式
在这些条件下润滑是关键。在如此高的真空度下，标准的润滑脂会蒸发并脱气，而缺乏有(yǒu)效的润滑会导致轴承故障。因此需要使用(yòng)特殊的润滑。对于高真空环境（低至约10-7mbar），可(kě)以使用(yòng)PFPE润滑脂，因為(wèi)它们具有(yǒu)更高的耐蒸发性。对于超高真空环境（10-9mbar及以下），需要使用(yòng)固體(tǐ)润滑剂和涂料。
对于中等真空环境（大约10-2mbar），通过精心设计和选择特殊的真空润滑脂，可(kě)以使轴承系统具有(yǒu)超过40,000小(xiǎo)时（约5年）的使用(yòng)寿命，并可(kě)以高速运行。实现。
耐腐蚀性能(néng)
打算在腐蚀性环境中使用(yòng)的轴承需要特别配置，因為(wèi)它们可(kě)能(néng)会暴露于酸，碱和盐水以及其他(tā)腐蚀性化學(xué)物(wù)质中。
材料
材料是腐蚀性环境的重要考虑因素。标准轴承钢容易腐蚀，导致早期轴承故障。在这种情况下，应考虑使用(yòng)带陶瓷球的SV30环材料，因為(wèi)它们具有(yǒu)很(hěn)高的耐腐蚀性。实际上，研究表明，在盐雾环境中，SV30材料的使用(yòng)寿命比其他(tā)耐腐蚀钢的使用(yòng)寿命長(cháng)很(hěn)多(duō)倍。在受控的盐雾测试中，SV30钢在经过1000小(xiǎo)时的盐雾测试后仅显示出轻微的腐蚀迹象，并且在测试环上清楚地看到了SV30的高耐腐蚀性。特殊的陶瓷球材料（例如氧化锆和碳化硅）也可(kě)以用(yòng)于进一步提高轴承的耐腐蚀性物(wù)质。
从介质润滑中获得更多(duō)收益
最终的挑战性环境是应用(yòng)，其中介质充当润滑剂，例如制冷剂，水或液压油。在所有(yǒu)这些应用(yòng)中，材料都是最重要的考虑因素，并且经常发现SV30–陶瓷混合轴承提供了最实用(yòng)，理(lǐ)想的解决方案。
结论
极端环境对标准轴承提出了许多(duō)操作挑战，从而导致它们过早失效。在这些应用(yòng)中，应仔细配置轴承，使其适合特定目的并提供出色的持久性能(néng)。為(wèi)确保轴承的高可(kě)靠性，应特别注意润滑，材料，表面涂层和热处理(lǐ)。
