Kodėl hibridinių keraminių guolių kontaktinis įtempis yra didelis, bet jų tarnavimo laikas ilgesnis nei įprastų guolių?

Hibridiniai keraminiai guoliai tinka atšiaurioms darbo sąlygoms, tokioms kaip prastas tepimas ir didelė tarša [2-3]. Dėl iš prigimties didesnio keraminės medžiagos standumo hibridiniai keraminiai guoliai turi šiek tiek mažesnį hercinį kontaktinį plotą, todėl atsiranda didesni kontaktiniai ir požeminiai įtempiai nei tokio paties dydžio plieniniai guoliai. Teoriškai dėl to sutrumpėja guolio eksploatavimo laikas. Tačiau pastebėta, kad kai kuriose konkrečiose srityse hibridinių guolių tarnavimo laikas yra ilgesnis. Kaip paaiškinti šį nenormalų reiškinį? Kaip tai modeliuoti? Šis straipsnis ne tik atsako į šiuos klausimus, bet ir parodo, kad bendras guolių gyvavimo modelis gali gerai imituoti ir paaiškinti lauko stebėjimus. Dabar galima įsigyti hibridiniams guoliams skirtą „SKF Generic Bearing Life Model“ modelį.

Hibridinių guolių žiedo medžiaga yra guolio plienas, o riedėjimo elemento medžiaga yra guolio klasės silicio nitridas (Si3N4) (1 pav.). Silicio nitridas yra keraminė (ty nemetalinė) medžiaga, kuriai būdingas didelis kietumas, didelis elastingumo modulis, aukštas temperatūros ir cheminis atsparumas, mažas tankis, mažas elektros laidumas ir mažas lankstumas. Kadangi silicio nitrido keraminės medžiagos yra puikūs izoliatoriai, hibridiniai keraminiai guoliai gali būti naudojami kintamos ir nuolatinės srovės varikliuose ir generatoriuose, kad būtų sukurta veiksminga izoliacija tarp korpuso ir veleno. Lyginant su visiškai plieniniais guoliais, hibridiniai guoliai gerai veikia esant prastam tepimui ir esant kietiems teršalams, tačiau kontaktiniai įtempiai yra didesni dėl didesnio keraminių riedėjimo elementų standumo esant tokiai pačiai apkrovai.

1 pav. Hibridiniai rutuliniai ir ritininiai guoliai yra įvairių dydžių segmentų

Be to, hibridiniai guoliai užtikrina didesnį greitį ir daugeliu atvejų ilgesnį tarnavimo laiką nei tokio paties dydžio plieniniai guoliai tomis pačiomis eksploatavimo sąlygomis. Hibridiniai guoliai taip pat puikiai veikia esant dideliam pagreičiui, vibracijai ar švytuoklės judėjimui. Didelės spartos reikmėms, pvz., staklių verpstėms ir turbokompresoriams, reikia specialios guolių konstrukcijos, specialių medžiagų ir tepimo sistemų. Tikimasi, kad ši tendencija išliks ir daugelis kitų šiuolaikinių pramoninių pritaikymų atpažins ir pasinaudos unikaliomis hibridinių guolių galimybėmis.

Pirmą kartą keramiką naudoti kaip guolių medžiagą buvo pasiūlyta septintajame dešimtmetyje, gaminant ekstremalių temperatūrų guolius aviacijos ir kosmoso reikmėms. Visiškai tankus karšto spaudimo silicio nitridas turi geriausią atsparumą riedėjimo kontaktiniam nuovargiui (RCF), palyginti su kitomis keraminėmis medžiagomis, atlikus komponentų riedėjimo kontaktinio nuovargio bandymus. Taip pat buvo pastebėti dideli atsparumo nuovargiui skirtumai tarp iš pažiūros identiškų keraminių rutulių gamybos partijų. Devintajame dešimtmetyje Lorösch ir kt. (1980) [4] atliko hibridinių keraminių kampinių kontaktinių rutulinių guolių nuovargio bandymus. Naudodami aukščiausios kokybės keraminius rutulius, jie nustatė, kad hibridinių keraminių guolių atsparumas riedėjimo kontaktiniam nuovargiui buvo panašus į plieninių guolių atsparumą tokiai pačiai apkrovai, nepaisant 12 procentų padidėjusio kontaktinio įtempio. Tačiau atliekant papildomus antrosios keraminių kamuoliukų partijos bandymus nustatytas trumpesnis eksploatavimo laikas nuo nuovargio, o tai rodo, kad keraminių rutuliukų kokybė yra labai svarbi nuovargio eksploatavimo trukmė.

Per pastaruosius kelerius metus keraminių valcavimo elementų kokybė ir patikimumas labai pagerėjo. Dėl neardomųjų bandymų (NDE) metodų įdiegimo ir nuolatinės silicio nitrido medžiagų valymo ir sukepinimo pažangos inžinieriai pagaliau sugebėjo sukurti keraminius rutulius, pasižyminčius patikimu atsparumu riedėjimo kontaktiniam nuovargiui (Galbato ir kt., 1992)[5]. Dėl šios priežasties dešimtajame dešimtmetyje labai išaugo hibridinių keraminių guolių naudojimas greitųjų staklių verpstėse, o tai labai prisidėjo prie šių mechaninių komponentų didelio greičio ir tikslumo (Cundill, 1993) [6]. 2 paveiksle parodytas keramikos atsparumo nuovargiui pagerėjimas (Cundill, 1990) [7], kuris yra
priskiriamas karšto spaudimo sukepinimo proceso patobulinimui viso gamybos proceso metu ir nuolatiniam poringumo bei paviršiaus defektų mažinimui (tai dabar gali būti kontroliuojama neardomaisiais bandymais).

SUN RISES GROUP LIMITED SKF Hibridiniai keraminiai guoliai Inventoriaus ekranas;