Témata
Reklama

Materiály ložisek jsou klíčem ke zvýšení spolehlivosti

09. 05. 2018

Použití ložiskových ocelí a povrchových úprav v závislosti na konkrétní aplikaci umožňuje výrazně zvýšit spolehlivost ložisek, což významně přispívá ke snížení celkových nákladů TCO (Total Cost of Ownership) na stroje a zařízení.

Při vývoji vysoce výkonných ložisek hraje hlavní roli výběr a optimalizace vlastností materiálů. Z tohoto důvodu je ve firmě NSK materiálový výzkum jednou ze čtyř prioritních oblastí výzkumu a vývoje.

Reklama
Reklama

Čistota materiálu

Únavová životnost legovaných ložiskových ocelí, jako například 100 Cr6 (podle japonského standardu SUJ2), je z principu závislá na obsahu nečistot. Negativní vliv na povrch oběžných drah ložisek mají zvláště oxidy nebo nekovové nečistoty. Například je známo, že znečištění oxidy hliníku, ke kterému dochází oxidací během tavení, může vést k podstatnému zkrácení únavové životnosti materiálu ložisek. Je tomu tak proto, že oxidy hliníku jsou relativně tvrdé a při zpracování, například při kování, se mohou jejich zrna rozlámat. Dojde-li k jejich rozpadu, nečistoty se smrští a oslabí mikrostrukturu.

Ve spolupráci s předním výrobcem ocelí vyvinula firma NSK materiály, jako ocel Z, ocel EP a Bnequartet, které tímto negativním jevem netrpí. Některé z nich jsou vyráběny speciálními metalurgickými procesy, které omezují množství nekovových nečistot a prodlužují jejich únavovou životnost.

Tepelné zpracování podle aplikace

Tepelné zpracování je dalším parametrem, který má vliv na specifické vlastnosti oceli, a v důsledku toho i na ložiska. To je důvod, proč jsou materiály jako SHX od NSK podrobovány speciální tepelné úpravě, díky níž ani při vysokých teplotách téměř nepodléhají opotřebení. Ložiska tohoto typu jsou potřeba nejen tam, kde je vysoká teplota neoddělitelnou charakteristikou technologického procesu, ale například i pro obráběcí stroje, kde vysokorychlostní vřeteno v pohonu generuje velké množství tepla. Při vývoji byly vlastnosti oceli SHX otestovány s ohledem na komplexní odolnost proti opotřebení, včetně čtyřkuličkové a válečkové zkoušky, a testována byla i únavová životnost materiálu a povrchové vrstvy.

Rozdíl je ve složení oceli

Třetím parametrem při hledání vyšší spolehlivosti ložisek je složení oceli. Vhodným složením oceli lze zabránit vzniku prasklin v mikrostruktuře ložiska, nebo alespoň jeho nebezpečí minimalizovat. Opět ve spolupráci s výrobci ocelí vyvinula firma NSK pro tento aplikační profil různé speciálně legované materiály.

Vlastnosti materiálů, jako Super Tough od NSK, vycházejí z kombinace optimálního tepelného zpracování a speciálního složení oceli (obr. 1). Například kalení ocelí doplněné o takové postupy, jako je nitrocementování, prodlužuje trvanlivost ve srovnání s běžnou trvanlivostí ložiska pracujícího v podmínkách znečištěného maziva až na dvojnásobek. V prostředí, kde je v mazivu jen běžné znečištění, může být trvanlivost ložiska prodloužena dokonce až na desetinásobek. Je to proto, že opotřebení povrchu ložiska způsobené nedostatečným mazáním nebo znečištěním maziva je tepelnou úpravou velmi omezeno. Také je oddáleno nebezpečí poškození ložiska způsobené bíle naleptanými trhlinami (WEC – White Etching Crack).

Při vývoji oceli NSK Super Tough byla použita kombinace speciálního složení oceli a specifické tepelné úpravy.

Příklad 1

Vývoj nových materiálů je obvykle odpovědí na průmyslové trendy nebo změny v aplikačních požadavcích. To byl případ ložisek Bnequartet, jež NSK poprvé představila před dvěma lety (obr. 2). Ložiska Bnequartet byla původně vyvinuta jako reakce na stále rostoucí velikost bubnů praček. U předem plněných praček se totiž v celé Evropě používají kuličková ložiska, jež jsou vystavena nepravidelnému a asymetrickému zatížení. Jak se zvětšují bubny praček, zvyšuje se i zatížení a na ložiska jsou kladeny stále větší požadavky.

Kuličková ložiska Bnequartet se používají v pohonech elektrických spotřebičů, například v domácnosti.

Proto materiáloví odborníci NSK začali hledat, jak zlepšit složení speciální ložiskové oceli, aby se zvýšila její odolnost proti vzniku trhlin a odlupování na plochách oběžných drah, a co je ještě důležitější, aby se zastavilo šíření těchto poruch. Uvedená ocel navíc vykazuje mimořádnou čistotu složení. Tato sada opatření, aplikovaná v ložiscích Bneqartet, vedla ke zdvojnásobení trvanlivosti ložisek vystavených velkému zatížení a pracujících za nepříznivých podmínek prostředí.

Příklad 2

Další příklad vývoje aplikačně specifických materiálů pochází z oblasti větrných turbín. Zde se vyskytuje podpovrchové poškození ložisek bíle naleptanými trhlinami WEC (obr. 3). Na vyleštěném řezu materiálem jsou dobře patrné bílé struktury křehkého feritu, které se vytvářejí změnami mikrostruktury oceli. Materiál s takto změněnou strukturou už není schopen odolávat velkým zatížením. Vytváření a šíření WEC vede k povrchovým vadám, jako jsou pitting nebo bílé strukturální vydrolování (WSF – White Structure Flaking).

Typický obraz poškození: oblasti bíle naleptaných trhlin pod povrchem materiálu

Vědci nebyli nikdy schopni plně vysvětlit příčiny vzniku WEC. V současné době se má za to, že jev způsobuje vzájemné působení komponent v sestavě uložení. To zahrnuje dynamické účinky, smíšené tření, vliv elektrických nábojů a proudů, chemické vlivy, kluzný pohyb v ložisku a difuzi vodíku.

Vývojová protiopatření

Díky úspěšné replikaci jevu WEC v laboratoři se následně firmě NSK podařilo vyvinout protiopatření, která zahrnují leštění martenzitických ložiskových ocelí do zrcadlového lesku a zároveň vývoj nových specifických materiálů (obr. 4). Ukazuje se, že následné leštění oceli výrazně oddaluje výskyt poškození WEC.

Čtyřřadé válečkové ložisko vyleštěné do zrcadlového lesku, které je součástí planetové převodovky větrné turbíny.

Další účinnou metodou, jak omezit pravděpodobnost vzniku WEC, je použití ložiskových kroužků z oceli Tough Steel od NSK. Při použití této kombinace materiálu a vhodné povrchové úpravy vzroste přípustné dynamické zatížení typicky o 23 %, což u valivých ložisek znamená zdvojnásobení únavové životnosti.

Omezení poškození WEC

Při použití ložisek z materiálu STF (obr. 5) je výrazně omezeno opotřebení povrchu způsobené špatným mazáním nebo znečištěným mazivem a současně je oddáleno potenciální poškození trhlinami WEC. Sada zkoušek NSK ukázala, že se doba do počátku vzniku poškození zdvojnásobila.

Výhoda použití oceli Super-TF se projeví především v případě, kdy ložisko pracuje se znečištěným mazivem.

Další výhodnou strategií je použít ložiskové kroužky ze speciálního materiálu Anti-White Structure-Tough (AWS-TF), který společnost NSK vyvinula právě s ohledem na omezení poškození WEC. V obsáhlé sérii zkoušek byla měřena trvanlivost valivých ložisek z konvenční oceli až do okamžiku, kdy bylo detekováno poškození WEC. Poté byly stejné zkoušky zopakovány s ložisky z AWS-TF. Po zkoušce osmkrát delší než u ložisek z konvenční oceli nebyly v materiálu detekovány žádné oblasti bíle naleptaných trhlin (WEA – White Etching Area).

Plasty a keramika

NSK nevyvíjí pouze ocelové materiály. Pro přesně cílené zlepšení vlastností klecí se zkoušejí i plastové materiály a neželezné kovy, například mosaz. Stále větší roli dále hrají také keramické materiály a povlaky (obr. 6), zvláště je-li třeba upravit elektrickou vodivost ložisek a zvýšit jejich odolnost proti opotřebení. Proto společnost NSK nedávno představila nový keramický materiál HDY2 s optimalizovanou elektrickou a tepelnou vodivostí.

Další oblastí vývoje NSK jsou keramické díly a povlaky.

Tribologie

Další oblastí, na niž se soustředí pozornost techniků NSK, je vývoj materiálů používaných jako maziva. Zvláštní oblastí kompetence výzkumného a vývojového oddělení NSK je kromě materiálového výzkumu tedy také tribologie.

NSK Europe

nawrocka-a@nsk.com

www.nskeurope.cz

Reklama
Související články
Ložiska pro velká zatížení

Společnost Coroll jako významný dodavatel ložisek do všech hutních provozů včetně kontinuálního lití, válcoven, výroby surového železa, přepravy a úpravy rud i dalších materiálů využívá zázemí japonského výrobce ložisek NSK a jeho vývoj speciálních produktů pro hutní průmysl.

Prémiové nástroje pro výpočet ložisek

Společnost SKF své lety nabyté zkušenosti a znalosti předává svým zákazníkům nejen prostřednictvím seminářů, brožur či katalogů, ale také poskytováním výpočetních nástrojů.

Správné mazání předchází třetině selhání ložisek

Domazávání ložisek je naprostou nutností, pokud ložiska nepoužíváte výhradně v aplikacích, které domazávání nevyžadují. Nestačí však pouze domazávat, je důležité provádět domazávání vhodným množstvím a způsobem. Z důvodu nevhodného domazávání totiž selhává 36 % ložisek. Jak tedy správně domazávat?

Související články
Padělky ložisek na celnici i v aplikaci

Padělky čtyř velkých kuličkových ložisek zadržel Celní úřad na začátku března při vstupu na celní území Unie. Zmíněná ložiska, označená obrazovou ochrannou známkou SKF, do České republiky dovážel český prodejce strojních dílů, který však není autorizovaným distributorem SKF.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Ložiska pro velmi náročné podmínky

Prostorové omezení představovalo pro firmu Papcel při navrhování nového papírenského stroje velký problém. Řešením byla unikátní toroidní ložiska CARB a inovativní mazací systém od společnosti SKF.

Inovace komponentů pro obráběcí stroje

Firma Coroll již od roku 1995 zastupuje na českém trhu společnost NSK. Opírá se o technické zázemí tohoto japonského výrobce, který nepřetržitě investuje do inovací a vývoje svých produktů – ložisek, kuličkových šroubů a lineárních vedení.

Monitorování stavu strojů pomáhá výrobě i údržbě

„Ve zvyšování efektivity výroby hraje prim prediktivní údržba a postupná digitalizace procesů,“ říká v rozhovoru Roman Bauer.

Průmysl 4.0 stojí i na ložiscích a datech

Společnost SKF je známá především jako výrobce ložisek a dodavatel technických řešení pro rotační stroje. O tom, jak může přispět k zavádění Průmyslu 4.0, si s Davidem Poláčkem, generálním ředitelem české pobočky, povídal Michael Málek.

Malý velký pomocník

Jak, čím a jakou dávkou ložiska domazávat? To jsou nejčastější otázky, které si kladou výrobní provozy v souvislosti s údržbou, respektive mazáním ložisek.

Co se běžně neví o montáži ložisek

„Jezdíme do firem ukazovat spolehlivé metody správné montáže ložisek,“ říká Julius Fiala z SKF.

Nové simulační nástroje pro konstruktéry

Návrh nových strojů je nyní nutné provádět rychleji a finančně efektivněji, než tomu bylo ještě v nedávné minulosti. Aby konstruktéři udrželi svou konkurenční výhodu v neustále se měnícím prostředí, využívají stále sofistikovanější software pro celý proces konstrukce. Umožňuje jim to nacházet nové konstrukční alternativy, mohou zvážit více parametrů a tím zkracují dobu, za kterou se produkty dostanou na trh.

Pět nejčastějších příčin selhání ložisek v elektromotorech

Valivá ložiska patří k nejdůležitějším součástem většiny strojů. Z tohoto důvodu jsou na jejich parametry (únosnost, přesnost chodu, hlučnost, tření, třecí teplo, trvanlivost a spolehlivost) kladeny vysoké nároky. Valivá ložiska se tedy zcela přirozeně stala velmi důležitou součástí strojů a postupem času také předmětem rozsáhlých výzkumů a neustálého zdokonalování.

Automatizace a propojování procesů ve výrobě ložisek

V olomouckém závodě na výrobu ložisek Koyo Bearings v průběhu minulého roku nakoupili tři nové výrobní linky na výrobu jehličkových ložisek pro zákazníka Mitec (Jaguar-Land Rover) s kapacitou 1,7 milionu kusů ročně. Po automatizovaných linkách pro zákazníka Schmidt (Mercedes-Benz) jsou dalším prvkem v procesu zavádění automatizace výroby a Průmyslu 4.0 v tomto moravském závodě.

Ložiska pro formuli

Scuderia Ferrari – tým, který se měl stát nejslavnějším týmem na světě, debutoval 11. května 1947 na okruhu Piacenza. Závodním vozem na trati bylo Ferrari 125 s dvanáctiválcovým motorem, za jehož volantem seděl Franco Cortese.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit