Керамичните лагери са склонни към счупване?

Керамичните лагери са склонни към счупване?

Керамичните лагери са основни компоненти за осигуряване на ефективна и стабилна работа на механично оборудване. С напредъка в науката за материалите, керамиката като напр цирконий, силициев нитрид, и алуминиевият оксид са получили широко приложение в производството на лагери поради техните уникални физични и химични свойства. Керамичните лагери играят решаваща роля в съвременната индустрия, благодарение на техните изключителни характеристики на материала. Един често обсъждан въпрос е дали керамичните лагери са склонни към счупване.

Материални характеристики на керамичните лагери

Керамични лагери са направени предимно от високоефективна керамика като цирконий, силициев нитрид и алуминиев оксид. Тези материали показват висока твърдост, отлична устойчивост на износване, ниски коефициенти на триене и добра химическа стабилност. В сравнение с традиционните метални лагери, керамичните лагери предлагат по-високи скорости, по-ниско триене и износване и превъзходни изолационни свойства.

група метални лагери

Крехкият характер на керамичните лагери

Въпреки многобройните им предимства, чупливостта на керамиката е сериозен проблем. Поради силното атомно свързване между керамичните материали, те са склонни да се счупват, а не да се деформират пластично под външни сили. Следователно, керамичните лагери наистина са податливи на счупване при условия на прекомерни ударни натоварвания или неправилен монтаж.

  • Претоварване: Докато керамичните лагери имат по-висока якост на натиск в сравнение с традиционните лагери, техният живот на умора е относително по-кратък, което ги прави неспособни да издържат на прекомерни натоварвания.

  • Неправилна инсталация: По време на монтажа е изключително важно да избягвате използването на неподходящи инструменти, които могат да повредят опорните повърхности. Трябва също да се обърне внимание на посоката на въртене и ориентацията на монтажа, за да се осигури правилна функционалност.

  • Неадекватна поддръжка: Правилната поддръжка включва поддържане на лагерите чисти, за да се предотврати навлизането на замърсители във вътрешните части. Необходима е навременна подмяна на смазочните материали, за да се поддържат правилните условия на смазване.

Пълнокерамични лагери от силициев нитрид 1

Въпреки това е важно да се отбележи, че рискът от счупване не означава, че керамичните лагери по своята същност са крехки при практически приложения. Всъщност, с правилен структурен дизайн, прецизни производствени процеси и правилна употреба и поддръжка, рискът от счупване може да бъде ефективно контролиран.

Тест за натоварване на смачкване на керамични лагери

Като цяло керамичните лагери не се чупят лесно, независимо от ъгъла, от който падат. Това обикновено не води до увреждане на външния вид на лагера. Въпреки това, изцяло керамичните лагери, съчетани със стоманени валове, са изложени на риск от напукване поради разликата в коефициентите на топлинно разширение между материалите.

Сравнение на основните свойства между керамични и стоманени материали

Точка

Единица

Лагерна стомана

Неръждаема стомана

Si3N4

ZrO2

SiC

Al2O3

Плътност

g / cm³

7.85

7.90

3.20 - 3.30

6.00

3.10

3.95

Коефициент на термично разширяване

10^-6/K

10

11.0

3.2

10.5

4.5

8.5

Еластичен модул

Общ успех

208

200

300 - 320

210

≥ 350

380

Топлопроводимост

W / m · K

30-40

15

35

2-3

150

30

Специфично съпротивление

Ω·mm²/m

0.1 - 1

0.75

10^8 – 10^18

10^5 – 10^15

10^-1 – 10^3

10^8 – 10^18

Несмазано плъзгащо се износване

 

Голям

Голям

S

S

S

S

Оперативен въртящ момент

 

Голям

Голям

S

Среден

S

Среден

Резултати от теста за издръжливост на умора за три вида лагери

Тип тестов лагер

Натоварване (N)

Максимално контактно напрежение (GPa)

Скорост (r / min)

L10L_{10}L10​ Живот (h)

L50L_{50}L50​ Живот (h)

Наклон на Weibull (β\betaβ)

Изцяло стоманен лагер

5880

3.3

8000

46.2

269.5

1.06

Хибриден керамичен лагер

5880

3.9

8000

68.2

589.2

0.95

Изцяло керамичен лагер

5880

3.9

8000

49.4

294.6

0.96

При прости тестове за сравнение на натоварването на смачкване, минималното натоварване на смачкване за керамични топки е приблизително 1/2 до 1/3 от това на стоманените топки. Това е така, защото площта на контактната повърхност се увеличава поради пластичната деформация на стоманените топки, което води до по-голямо натоварване на смачкване. Въз основа на стойностите на натоварването на смачкване на керамичните топки, максималното контактно напрежение при повреда може да бъде изчислено като около 6 до 7 пъти стойността, посочена в стандарта ISO-TC4. Това не само доказва, че керамичните сачми са безопасни за използване в търкалящи лагери, но също така показва, че те могат да издържат на по-големи статични натоварвания от стоманените лагери.

Намаляване на риска от счупване на керамични лагери

  • Избор на подходящи типове лагери и спецификации: Изберете керамични лагери, които отговарят на специфичните изисквания на приложението, като гарантирате, че могат да се справят с работните натоварвания и скорости.

  • Правилно инсталиране и използване: Придържайте се към указанията на производителя по време на монтаж и работа, за да предотвратите прекомерни ударни натоварвания и други проблеми, свързани с монтажа.

  • Редовна проверка и поддръжка: Редовно проверявайте и поддържайте керамичните лагери, за да идентифицирате своевременно и да адресирате потенциални проблеми, като гарантирате, че остават в добро работно състояние.

Керамични сачмени лагери с дълбок канал

Въпреки че керамичните лагери показват известна крехкост, ефективните мерки за контрол чрез правилен избор, използване и поддръжка ги направиха много ефективни в приложения като високоскоростни двигатели, прецизни инструменти и космически сектори. В бъдеще се очаква постоянният напредък в материалите и производствените технологии да подобри допълнително производителността и надеждността на керамичните лагери, разширявайки техните приложения в различни индустриални области.