업계 전반에 걸쳐 안정성을 개선하려는 요구가 증가함에 따라 엔지니어는 장비의 모든 구성 요소를 고려해야 합니다.베어링 시스템은 기계의 중요한 부품이며 고장은 치명적이고 비용이 많이 드는 결과를 초래할 수 있습니다.베어링 설계는 특히 고온 또는 저온, 진공 및 부식성 대기를 포함한 극한의 작동 조건에서 신뢰성에 큰 영향을 미칩니다.이 기사에서는 엔지니어가 장비의 높은 신뢰성과 우수한 장수명 성능을 보장할 수 있도록 까다로운 환경에서 베어링을 지정할 때 고려해야 할 사항에 대해 간략히 설명합니다.

베어링 시스템은 예를 들어 볼, 링, 케이지 및 윤활을 포함한 많은 요소로 구성됩니다.표준 베어링은 일반적으로 혹독한 환경을 견디지 못하므로 개별 부품에 대한 특별한 고려가 필요합니다.가장 중요한 요소는 윤활, 재료 및 특수 열처리 또는 코팅이며 각 요소를 살펴보면 베어링이 응용 분야에 가장 잘 구성될 수 있음을 의미합니다.

고온에서 작동

항공우주 산업의 작동 시스템에 사용되는 것과 같은 고온 응용 분야는 표준 베어링에 문제가 될 수 있습니다.또한 장치가 점점 작아지고 출력 밀도가 높아짐에 따라 장비의 온도가 상승하고 있으며 이는 평균 베어링에 문제가 됩니다.

매끄럽게 하기

여기서 윤활은 중요한 고려 사항입니다.오일과 그리스는 최대 작동 온도에서 열화되기 시작하고 빠르게 증발하여 베어링 고장을 일으킵니다.표준 그리스는 종종 약 120°C의 최대 온도로 제한되며 일부 기존 고온 그리스는 최대 180°C의 온도를 견딜 수 있습니다.

그러나 더 높은 온도가 필요한 응용 분야의 경우 특수 불소 윤활 그리스를 사용할 수 있으며 250°C를 초과하는 온도에 도달할 수 있습니다.액체 윤활이 불가능한 경우 고체 윤활은 더 높은 온도에서도 저속으로 안정적으로 작동할 수 있는 옵션입니다.이 경우 이황화몰리브덴(MOS2), 이황화텅스텐(WS2), 흑연 또는 PTFE(Polytetrafluoroethylene)가 장기간 매우 높은 온도를 견딜 수 있으므로 고체 윤활제로 권장됩니다.

재료

온도가 300°C를 초과하는 경우 특수 링 및 볼 재료가 필요합니다.AISI M50은 고온에서 높은 내마모성과 내피로성을 나타내기 때문에 일반적으로 권장되는 고온강입니다.BG42는 300°C에서 열간 경도가 좋은 또 다른 고온강이며 높은 수준의 내식성을 갖고 극한 온도에서 피로와 마모에 덜 민감하기 때문에 일반적으로 지정됩니다.

고온 케이지 또한 필요하며 PTFE, 폴리이미드, 폴리아미드이미드(PAI) 및 폴리에테르-에테르-케톤(PEEK)을 포함한 특수 폴리머 재료로 공급될 수 있습니다.고온 오일 윤활 시스템의 경우 베어링 케이지는 청동, 황동 또는 은도금 강철로도 제조할 수 있습니다.

코팅 및 열처리

고급 코팅 및 표면 처리를 베어링에 적용하여 마찰을 방지하고 부식을 방지하며 마모를 줄여 고온에서 베어링 성능을 향상시킬 수 있습니다.예를 들어, 강철 케이지는 성능과 신뢰성을 향상시키기 위해 은으로 코팅될 수 있습니다.윤활유 고장/고갈의 경우 은도금은 고체 윤활제와 같은 역할을 하여 베어링이 단기간 또는 비상 상황에서 계속 작동할 수 있도록 합니다.

저온에서의 신뢰성

스케일의 다른 쪽 끝에서 낮은 온도는 표준 베어링에 문제가 될 수 있습니다.

매끄럽게 하기

저온 응용 분야, 예를 들어 -190°C 영역의 온도를 가진 극저온 펌핑 응용 분야에서는 오일 윤활이 왁스처럼 되어 베어링 고장을 일으킵니다.MOS2 또는 WS2와 같은 고체 윤활은 신뢰성 향상에 이상적입니다.또한 이러한 응용 분야에서 펌핑되는 매체가 윤활유 역할을 할 수 있으므로 베어링은 매체와 잘 작동하는 재료를 사용하여 이러한 저온에서 작동하도록 특별히 구성해야 합니다.

재료

베어링의 피로 수명과 내마모성을 향상시키는 데 사용할 수 있는 한 가지 재료는 마르텐사이트 경화, 고질소, 내식성 강철인 SV30®입니다.세라믹 볼도 우수한 성능을 제공하므로 권장됩니다.재료의 고유한 기계적 특성은 열악한 윤활 조건에서 우수한 작동을 제공한다는 것을 의미하며 저온에서 안정적으로 작동하는 데 훨씬 더 적합합니다.

또한 케이지 재료는 가능한 한 내마모성을 갖도록 선택해야 하며 여기에는 PEEK, PCTFE(폴리클로로트리플루오로에틸렌) 및 PAI 플라스틱이 포함됩니다.

열처리

링은 저온에서 치수 안정성을 향상시키기 위해 특별히 열처리되어야 합니다.

내부 디자인

저온에서의 작업에 대한 추가 고려 사항은 베어링의 내부 설계입니다.베어링은 방사형 유격 수준으로 설계되지만 온도가 감소하면 베어링 구성 요소가 열 수축을 일으키고 따라서 방사형 유격량이 감소합니다.작동 중 반경 방향 유격이 0으로 감소하면 베어링 고장이 발생합니다.저온 적용을 위한 베어링은 저온에서 허용 가능한 수준의 작동 반경 방향 유격을 허용하도록 실온에서 더 많은 반경 방향 유격을 갖도록 설계해야 합니다.

진공 압력 처리

전자 제품, 반도체 및 LCD 제조와 같은 초고진공 환경에서 압력은 10-7mbar 미만일 수 있습니다.초고진공 베어링은 일반적으로 제조 환경 내의 작동 장비에 사용됩니다.또 다른 일반적인 진공 응용 분야는 제조 환경을 위한 진공을 생성하는 터보 분자 펌프(TMP)입니다.후자의 경우 베어링은 종종 고속으로 작동해야 합니다.

매끄럽게 하기

이러한 조건에서 윤활이 중요합니다.이러한 고진공에서 표준 윤활 그리스는 증발하고 가스도 발생하며 효과적인 윤활이 부족하면 베어링 고장이 발생할 수 있습니다.따라서 특수 윤활제를 사용해야 합니다.고진공 환경(약 10-7mbar까지)의 경우 PFPE 그리스는 증발 저항이 훨씬 높기 때문에 사용할 수 있습니다.초고진공 환경(10-9mbar 이하)의 경우 고체 윤활제 및 코팅제를 사용해야 합니다.

중진공 환경(약 10-2mbar)의 경우 특수 진공 그리스를 신중하게 설계하고 선택하면 연속 사용 시 40,000시간(약 5년) 이상의 긴 수명을 제공하고 고속으로 작동하는 베어링 시스템을 사용할 수 있습니다. 달성.

내식성

부식성 환경에서 사용하도록 의도된 베어링은 다른 부식성 화학 물질 중에서 산, 알칼리 및 염수에 잠재적으로 노출될 수 있으므로 특별히 구성해야 합니다.

재료

재료는 부식성 환경에 대한 중요한 고려 사항입니다.표준 베어링 강은 쉽게 부식되어 조기 베어링 고장을 일으킵니다.이 경우 세라믹 볼이 있는 SV30 링 재질은 내부식성이 높으므로 고려해야 합니다.사실, 연구에 따르면 SV30 재료는 염수 분무 환경에서 다른 부식 방지 강철보다 몇 배 더 오래 지속됩니다.통제된 염수 분무 테스트에서 SV30 강철은 1,000시간의 염수 분무 테스트(그래프 1 참조) 후에 약간의 부식 징후만 보여주고 SV30의 높은 내식성은 테스트 링에서 분명히 볼 수 있습니다.지르코니아 및 탄화규소와 같은 특수 세라믹 볼 재료도 부식성 물질에 대한 베어링의 내성을 더욱 높이는 데 사용할 수 있습니다.

매체 윤활에서 더 많은 것을 얻기

마지막으로 어려운 환경은 냉매, 물 또는 유압유와 같이 매체가 윤활유 역할을 하는 응용 분야입니다.이러한 모든 응용 분야에서 재료가 가장 중요한 고려 사항이며 SV30 – 세라믹 하이브리드 베어링이 가장 실용적이고 신뢰할 수 있는 솔루션을 제공하는 것으로 종종 밝혀졌습니다.

결론

극한의 환경은 표준 베어링에 많은 작동상의 문제를 제시하여 조기에 고장을 일으킵니다.이러한 응용 분야에서 베어링은 목적에 적합하고 오래 지속되는 우수한 성능을 제공하도록 신중하게 구성해야 합니다.베어링의 높은 신뢰성을 보장하려면 윤활, 재료, 표면 코팅 및 열처리에 특별한 주의를 기울여야 합니다.