ביקוש מוגבר לשיפור האמינות בתעשייה פירושה שהמהנדסים צריכים לשקול את כל מרכיבי הציוד שלהם.מערכות מיסבים הן חלקים קריטיים במכונה ולכשל שלהן עלולות להיות השלכות קטסטרופליות ויקרות.לתכנון המיסבים יש השפעה רבה על האמינות, במיוחד בתנאי הפעלה קיצוניים, לרבות טמפרטורות גבוהות או נמוכות, ואקום ואווירה קורוזיבית.מאמר זה מתאר שיקולים שיש לקחת בעת ציון מיסבים עבור סביבות מאתגרות, כך שהמהנדסים יכולים להבטיח אמינות גבוהה וביצועים מעולים לאורך חיים ארוכים של הציוד שלהם.

מערכת מיסבים כוללת אלמנטים רבים כולל כדורים, טבעות, כלובים ושימון למשל.מיסבים סטנדרטיים בדרך כלל אינם עומדים בדרישות של סביבות קשות ולכן יש לקחת שיקול מיוחד לחלקים הבודדים.האלמנטים החשובים ביותר הם שימון, חומרים וטיפול בחום מיוחד או ציפויים, ועל ידי הסתכלות על כל גורם פירושו שניתן להגדיר את המסבים בצורה הטובה ביותר עבור היישום.

פועל בטמפרטורה גבוהה

יישומי טמפרטורה גבוהה, כגון אלו המשמשים במערכות הפעלה בתעשיית התעופה והחלל יכולים להוות אתגרים עבור מיסבים סטנדרטיים.יתר על כן, הטמפרטורות עולות בציוד ככל שהיחידות הופכות יותר ויותר קטנות וצפיפות הספק מוגברת, וזה מהווה בעיה עבור המיסב הממוצע.

סִיכָה

שימון הוא שיקול חשוב כאן.לשמנים ולגריז יש טמפרטורות עבודה מקסימליות שבשלב זה הם יתחילו להתכלות ולהתאדות במהירות מה שיוביל לכשל במסבים.שמנים סטנדרטיים מוגבלים לרוב לטמפרטורה מקסימלית של סביב 120 מעלות צלזיוס וכמה משמנים רגילים בטמפרטורה גבוהה מסוגלים לעמוד בטמפרטורות של עד 180 מעלות צלזיוס.

עם זאת, עבור יישומים הדורשים טמפרטורות גבוהות עוד יותר זמינים משמני סיכה מיוחדים עם פלואור וניתן להשיג טמפרטורות של מעל 250 מעלות צלזיוס.כאשר שימון נוזלי אינו אפשרי, שימון מוצק הוא אופציה המאפשרת פעולה אמינה במהירות נמוכה בטמפרטורות גבוהות אף יותר.במקרה זה מוליבדן דיסולפיד (MOS2), טונגסטן דיסולפיד (WS2), גרפיט או פוליטטרה-פלואורואתילן (PTFE) מומלצים כחומרי סיכה מוצקים מכיוון שהם יכולים לסבול טמפרטורות גבוהות מאוד לפרקי זמן ארוכים יותר.

חומרים

כשמדובר בטמפרטורות העולה על 300 מעלות צלזיוס יש צורך בחומרי טבעת וכדור מיוחדים.AISI M50 היא פלדה בטמפרטורה גבוהה המומלצת בדרך כלל מכיוון שהיא מציגה עמידות בפני שחיקה ועייפות גבוהה בטמפרטורות גבוהות.BG42 היא פלדה נוספת בטמפרטורה גבוהה שיש לה קשיות חמה טובה ב-300 מעלות צלזיוס והיא נפוץ מכיוון שיש לה רמות גבוהות של עמידות בפני קורוזיה והיא גם פחות רגישה לעייפות ולבלאי בטמפרטורות קיצוניות.

נדרשים גם כלובים בטמפרטורה גבוהה והם יכולים להיות מסופקים בחומרים פולימריים מיוחדים לרבות PTFE, Polyimide, Polyamide-imide (PAI) ו-Polyether-ether-ketone (PEEK).עבור מערכות משומנות בשמן גבוהות ניתן לייצר כלובי מיסבים גם מברונזה, פליז או פלדה מצופה כסף.

ציפויים וטיפול בחום

ניתן ליישם ציפויים וטיפולי שטח מתקדמים על מיסבים כדי להילחם בחיכוך, למנוע קורוזיה ולהפחית בלאי, ובכך לשפר את ביצועי המיסבים בטמפרטורות גבוהות.לדוגמה, כלובי פלדה יכולים להיות מצופים בכסף כדי לשפר את הביצועים והאמינות.במקרה של כשל/הרעבה של חומר סיכה, ציפוי הכסף פועל כמו חומר סיכה מוצק, המאפשר למיסב להמשיך לפעול לפרק זמן קצר או במצב חירום.

אמינות בטמפרטורה נמוכה

בקצה השני של הסקאלה, טמפרטורות נמוכות יכולות להיות בעייתיות עבור מיסבים סטנדרטיים.

סִיכָה

ביישומי טמפרטורות נמוכות, למשל יישומי שאיבה קריוגנית עם טמפרטורות באזור של -190 מעלות צלזיוס, חומרי סיכה של שמן הופכים לשעווה וכתוצאה מכך כשל במסבים.שימון מוצק כגון MOS2 או WS2 הם אידיאליים לשיפור האמינות.יתר על כן, ביישומים אלה, המדיה הנשאבת יכולה לשמש כחומר סיכה, ולכן יש להגדיר את המסבים במיוחד לפעול בטמפרטורות נמוכות אלו באמצעות חומרים שעובדים היטב עם המדיה.

חומרים

חומר אחד שניתן להשתמש בו כדי לשפר את חיי העייפות של המיסב ועמידות הבלאי הוא SV30® - פלדה מרטנסיטית, עמידה בפני קורוזיה, עמידה בחנקן גבוה וחנקן.כדורי קרמיקה מומלצים גם מכיוון שהם מספקים ביצועים מעולים.המאפיינים המכניים המובנים של החומר פירושם שהם מספקים פעולה מצוינת בתנאי סיכה גרועים, והוא מתאים הרבה יותר לפעול בצורה אמינה בטמפרטורות נמוכות.

יש לבחור גם חומר לכלוב שיהיה עמיד בפני שחיקה ככל האפשר ואפשרויות טובות כאן כוללות PEEK, Polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) ופלסטיק PAI.

טיפול בחום

טבעות צריכות לעבור טיפול בחום מיוחד כדי לשפר את היציבות הממדית בטמפרטורות נמוכות.

עיצוב פנימי

שיקול נוסף לעבודה בטמפרטורות נמוכות הוא העיצוב הפנימי של המיסב.מיסבים מתוכננים ברמת משחק רדיאלי, אך ככל שהטמפרטורה יורדת, מרכיבי המיסבים עוברים התכווצות תרמית ולכן כמות המשחק הרדיאלי מצטמצמת.אם רמת המשחק הרדיאלי יורדת לאפס במהלך הפעולה, הדבר יגרום לכשל במיסבים.מיסבים המיועדים ליישומי טמפרטורות נמוכות צריכים להיות מתוכננים עם משחק רדיאלי רב יותר בטמפרטורת החדר כדי לאפשר רמה מקובלת של הפעלה רדיאלית בטמפרטורות נמוכות.

טיפול בלחץ הוואקום

בסביבות ואקום גבוהות במיוחד כגון אלו הקיימות בייצור אלקטרוניקה, מוליכים למחצה ומסכי LCD, הלחץ יכול להיות נמוך מ-10-7mbar.מיסבי ואקום גבוהים במיוחד משמשים בדרך כלל בציוד הפעלה בתוך סביבת הייצור.יישום ואקום טיפוסי נוסף הוא משאבות טורבומולקולריות (TMP) המייצרות את הוואקום עבור סביבות ייצור.ביישום אחרון זה נדרשים לרוב המסבים לעבוד במהירות גבוהה.

סִיכָה

שימון בתנאים אלה הוא המפתח.בוואקום גבוה כל כך, שומני סיכה סטנדרטיים מתאדים וגם יוצאים מהגז, והיעדר שימון יעיל עלול לגרום לכשל במסבים.לכן יש להשתמש בשימון מיוחד.עבור סביבות ואקום גבוה (עד 10-7 mbar בקירוב) ניתן להשתמש בשמנים PFPE מכיוון שיש להם עמידות גבוהה בהרבה בפני אידוי.עבור סביבות ואקום גבוה במיוחד (10-9mbar ומטה) יש להשתמש בחומרי סיכה וציפויים מוצקים.

עבור סביבות ואקום בינוניות (בסביבות 10-2mbar), עם עיצוב קפדני ובחירה של גריז ואקום מיוחד, ניתן לבצע מערכות מיסבים המספקות זמני חיים ארוכים של יותר מ-40,000 שעות (כ-5 שנים) של שימוש מתמשך, ופועלות במהירויות גבוהות. הושג.

עמידות בפני קורוזיה

מיסבים המיועדים לשימוש בסביבה קורוזיבית צריכים להיות מוגדרים במיוחד מכיוון שהם עלולים להיות חשופים לחומצות, אלקליות ומי מלח בין כימיקלים קורוזיביים אחרים.

חומרים

חומרים הם שיקול חיוני עבור סביבות קורוזיביות.פלדות מיסבים סטנדרטיים מתכלות בקלות, מה שמוביל לכשל מיסבים מוקדם.במקרה זה, יש לקחת בחשבון חומר טבעת SV30 עם כדורי קרמיקה מכיוון שהם עמידים מאוד בפני קורוזיה.למעשה, מחקרים הראו שחומר SV30 יכול להחזיק מעמד פעמים רבות יותר מאשר פלדה אחרת עמידה בפני קורוזיה בסביבת התזת מלח.בבדיקות ריסוס מלח מבוקרות פלדת SV30 מראה סימנים קלים של קורוזיה רק ​​לאחר 1,000 שעות של בדיקת ריסוס מלח (ראה גרף 1) ועמידות הקורוזיה הגבוהה של SV30 ניכרת בבירור על טבעות הבדיקה.ניתן להשתמש בחומרי כדור קרמי מיוחדים כגון זירקוניה וסיליקון קרביד כדי להגביר עוד יותר את עמידות המיסב לחומרים קורוזיביים.

השג יותר משימון מדיה

הסביבה המאתגרת האחרונה היא יישומים שבהם המדיה משמשת כחומר סיכה, למשל חומרי קירור, מים או נוזלים הידראוליים.בכל היישומים הללו החומר הוא השיקול החשוב ביותר, ו-SV30 – מיסבים היברידיים קרמיים נמצאו לרוב כמספקים את הפתרון המעשי והאמין ביותר.

סיכום

סביבות קיצוניות מציבות אתגרים תפעוליים רבים למיסבים הסטנדרטיים, ובכך גורמות להם להיכשל בטרם עת.ביישומים אלה יש להגדיר בקפידה מיסבים כך שהם מתאימים למטרה ומספקים ביצועים מעולים לאורך זמן.כדי להבטיח אמינות גבוהה של מיסבים יש להקדיש תשומת לב מיוחדת לשימון, חומרים, ציפוי פני השטח וטיפול בחום.