Rozsdamentes acél mélyhornyú golyóscsapágyak: Útmutató a kiválasztásához és a korrózióállósághoz

Miért a rozsdamentes acél mélyhornyú golyóscsapágyak a legjobb választás az igényes környezetekben

Rozsdamentes acél mélyhornyú golyóscsapágyak ezek a legszélesebb körben használt csapágytípusok a világon – és ennek jó oka van. Mély versenypályás geometriájuk lehetővé teszi a radiális és axiális terhelések egyidejű kezelését, míg a rozsdamentes acél konstrukció ellenáll a korróziónak, a nedvességnek és a vegyi expozíciónak, amihez a szabványos krómacél csapágyak egyszerűen nem férnek hozzá. Vízzel, élelmiszerrel, vegyszerekkel vagy magas páratartalommal kapcsolatos alkalmazásokhoz a rozsdamentes acél mélyhornyú golyóscsapágyak a standard mérnöki választás.

Gyakorlatilag minden furatméretben kaphatók 1 mm-től 150 mm felettiig, nagy sebességgel, alacsony súrlódás mellett működnek, és megfelelő tömítés esetén minimális karbantartást igényelnek. Felépítésük, anyagminőségük, terhelési besorolásuk és tömítési lehetőségeik megértése segít a mérnököknek és a vásárlóknak kiválasztani a megfelelő csapágyat minden alkalmazáshoz – és elkerülni a rossz választásból eredő költséges meghibásodásokat.

Hogyan készülnek a mélyhornyú golyóscsapágyak

A névben szereplő "mély horony" a belső és a külső gyűrűkbe megmunkált folytonos futópálya-horonyra utal. Ez a horony a golyó átmérőjéhez képest mélyebb, mint a szögérintkezős vagy a nyomócsapágyakban – jellemzően a horony sugara a labda átmérőjének 51,5–53%-a . Ez a geometria az, ami lehetővé teszi, hogy a csapágy a sugárirányú terhelések mellett mindkét irányban axiális terhelést is alkalmazzon anélkül, hogy külön nyomócsapágyra lenne szükség.

A szabványos mélyhornyú golyóscsapágy négy részből áll:

• Belső gyűrű: A forgó tengelyre illeszkedik; hordozza a belső futópálya hornyot.
• Külső gyűrű: A ház furatába illeszkedik; hordja a külső futópálya hornyot.
• Labda kiegészítés: Precíziósan köszörült acélgolyók, amelyek gördülnek a versenypályákon és továbbítják a terhelést a gyűrűk között.
• Ketrec (rögzítő): Egyenletesen tartja a labdákat a kerületükön, hogy megakadályozza a köztük lévő érintkezést, és csökkentse a hőt és a zajt. Az alkalmazástól függően acélból, sárgarézből vagy PTFE-ből készül.

A rozsdamentes acél változatoknál a gyűrűk és golyók korrózióálló acélötvözetből készülnek, nem pedig átedzett krómacélból (AISI 52100), amely az általános célú csapágyak szabványa. Ez a különbség gyakorlatilag minden teljesítménybeli különbséget eredményez a két típus között.

A csapágygyártásban használt rozsdamentes acél minőségek

Nem minden rozsdamentes acél csapágy ugyanabból az ötvözetből készül. Az alkalmazott minőség közvetlen és jelentős hatással van a korrózióállóságra, a keménységre, a terhelhetőségre és a maximális üzemi hőmérsékletre. A csapágygyártásban három fokozat dominál:

AISI 440C (martenzites rozsdamentes acél)

A rozsdamentes acél mélyhornyú golyóscsapágyak leggyakoribb minősége. Az AISI 440C kb 17% króm és 1% szén , amely lehetővé teszi a hőkezelést Rockwell keménységűre 58–62 HRC — a szabványos csapágyacélhoz hasonlítható. Ez a keménység elengedhetetlen a teherbíró képességhez és a fáradtságállósághoz. A krómtartalom jó korrózióállóságot biztosít enyhén korrozív környezetben, bár a 440C nem alkalmas tengervízbe vagy erős savakba való hosszan tartó merítésre.

AISI 316 (ausztenites rozsdamentes acél)

Az AISI 316 tartalmaz 16-18% króm, 10-14% nikkel és 2-3% molibdén . A molibdén jelentősen megnöveli a kloridos lyukkorrózióval és a réskorrózióval szembeni ellenállást, így a 316-os csapágyak szabványossá teszik a tengeri, gyógyszerészeti és vegyi feldolgozási alkalmazásokban, ahol a 440 °C nem működik. A kompromisszum a keménység: a 316 nem hőkezelhető csapágyminőségű keménységre, és általában csak 25-35 HRC . Ez nagyjából korlátozza a statikus és dinamikus teherbírását 30-50%-a 440C egyenértéknek , tehát a 316 csapágy enyhén terhelt, erősen korrozív környezetekhez van fenntartva.

AISI 304 (általános ausztenites)

Az AISI 304 a legszélesebb körben gyártott rozsdamentes acél világszerte, de precíziós csapágyakban ritkábban használják, mint 440 C vagy 316. Jó általános korrózióállóságot biztosít, de alacsonyabb a klorid ellenállása, mint 316, és kisebb a keménysége, mint 440 C. Elsősorban a ketrec alkatrészekben, pajzsokban és házakban jelenik meg, nem pedig magukban a teherhordó gyűrűkben és golyókban.

Tömítési és árnyékolási lehetőségek, és mit jelentenek a teljesítmény szempontjából

A csapágyszámon található jelölési utótag jelzi a tömítési konfigurációt – ez az egyik legkövetkezményesebb választás a csapágyak valós élettartamához. A három fő lehetőség a következő:

Nyitott csapágyak (utótag nélkül)

A nyitott csapágyaknak nincs fedele egyik oldalon sem. Lehetővé teszik a kenőanyag szabad áramlását, így alkalmasak külső kenőrendszerekkel vagy nagy sebességű működésre, ahol kritikus a hőelvezetés. Azonban nem nyújtanak védelmet a szennyeződés ellen, ezért csak tiszta, ellenőrzött környezetben használhatók.

Árnyékolt csapágyak (ZZ vagy 2Z)

Fém pajzsok vannak benyomva a külső gyűrű hornyába egyik vagy mindkét oldalon. Érintkezésmentesek – kis hézag van a pajzs és a belső gyűrű között –, így hozzáteszik gyakorlatilag nincs további súrlódás vagy ellenállás . Megakadályozzák a nagy részecskék bejutását a csapágyba, de nem hatékonyak a finom por, víz vagy folyékony szennyeződés ellen. A ZZ jelölés azt jelenti, hogy mindkét oldal árnyékolt. Az árnyékolt rozsdamentes csapágyak előzsírozottak, és a legjobb választás a nagy sebességű, tiszta, de ellenőrizetlen környezetekhez.

Tömített csapágyak (2RS vagy RS)

A gumi vagy szintetikus érintkezőtömítések a belső gyűrű hornyába futnak, így sokkal jobban kizárják a nedvességet, a finom részecskéket és a folyadékokat, mint a pajzsok. A 2RS jelölés azt jelenti, hogy mindkét oldal le van zárva. A kompromisszum a súrlódási nyomaték enyhe növekedése – jellemzően 2-5-ször nagyobb indítási nyomaték, mint az árnyékolt ekvivalenseknél – és a megengedett legnagyobb sebesség szerény csökkentése. A nedves, élelmiszer-feldolgozási vagy vegyi környezetben használt rozsdamentes acél csapágyak esetében szinte mindig a 2RS tömítés a megfelelő választás. Korrozív üzemben a tömítő ajak anyagát is meg kell határozni — Viton (FKM) tömítések felülmúlják a szabványos NBR gumit olajokban, üzemanyagokban és sok vegyi anyagban.

Terhelhetőség: Hogyan viszonyul a rozsdamentes acél a krómacélhoz

A legfontosabb kompromisszum a rozsdamentes acél és a krómozott acél meghatározásakor a teherbírás. Mivel a rozsdamentes acélötvözetek – különösen a 440C – valamivel puhábbak, és eltérnek a kifáradási jellemzőiktől, mint az AISI 52100 krómacél, dinamikus és statikus terhelési besorolásuk alacsonyabb az egyenértékű csapágyméreteknél.

Gyakorlati szabályként A 440C rozsdamentes csapágyak a dinamikus terhelési névleges (C) körülbelül 80-85%-át bírják egy egyenértékű krómacél csapágyakkal . Egy közös 6205-ös csapágy esetében a krómacél dinamikus terhelési besorolása jellemzően 14,8 kN körül van; egy 440C-os rozsdamentes 6205 körülbelül 12–13 kN-t hordoz. Ez a különbség számít nagy terhelésű, nagy ciklusú alkalmazásoknál, de elhanyagolható enyhén terhelt vagy szakaszos üzemben.

A 316-os rozsdamentes csapágyak esetében a teherbírás-csökkenés súlyosabb – annyival 50-70%-kal alacsonyabb, mint a krómacél a jóval alacsonyabb elérhető keménység miatt. Ezeket a csapágyakat csak akkor szabad kiválasztani, ha a 316-os korrózióállóság valóban szükséges, és a terheléselemzés megerősíti a megfelelőséget.

Közös csapágysorozat és méretszabványok

A rozsdamentes acél mélyhornyú golyóscsapágyak ugyanazokat az ISO és ABEC méretszabványokat követik, mint a krómacél csapágyak, így változtatás nélkül cserélhetők a házakban és a tengelyek kialakításában. A főbb sorozatok a következők:

A csapágyszám a méreteit kódolja. Például a 6205-2RS rozsdamentes A csapágy 25 mm-es furattal (belső átmérővel), 52 mm-es külső átmérővel és 15 mm szélességgel rendelkezik – gyártótól függetlenül ugyanaz, mint bármely más 6205-ös, az ISO 15 szabvány szerint. A 2RS utótag mindkét oldalon gumitömítéseket jelöl.

Rozsdamentes acél mélyhornyú golyóscsapágyakra támaszkodó iparágak és alkalmazások

A rozsdamentes acél mélyhornyú golyóscsapágyak korrózióállósága és sokoldalúsága az iparágak széles körében nélkülözhetetlenné teszi őket:

Élelmiszer- és italfeldolgozás

A szállítószalag meghajtókhoz, a keverőberendezésekhez, a töltőgépekhez és a lemosó környezetekhez olyan csapágyakra van szükség, amelyek ellenállnak a gyakori nagynyomású víznek és a tisztítószereknek. A standard specifikáció a rozsdamentes acél 2RS csapágyak élelmiszer-minőségű zsírral (NSF H1 tanúsítvánnyal). Az FDA és az EHEDG is elismeri, hogy a 316 rozsdamentes a közvetlen élelmiszerrel érintkező zónákban elfogadható.

Tengerészeti és tengeri felszerelések

A sós víznek való kitettség gyorsan korrodálja a krómacél csapágyakat – néha napokon belül védelem nélkül. A rozsdamentes 440C vagy 316 csapágyakat csónakkormányrendszerekben, csörlőkben, horgászorsókban, tengeri szivattyúkban és fedélzeti berendezésekben használják, ahol ez a környezet elkerülhetetlen. Teljesen víz alatti vagy árapály övezetben történő alkalmazásokhoz, 316 rozsdamentes Viton tömítésekkel ez a legmegfelelőbb specifikáció.

Orvosi és gyógyszerészeti eszközök

A sterilizálási ciklusokhoz – legyen szó gőzautoklávról, EtO gázról vagy vegyszerről – olyan anyagokra van szükség, amelyek nem korrodálódnak vagy nem bomlanak le ismételt expozíció hatására. A rozsdamentes acél csapágyakat sebészeti kézidarabokban, fogászati ​​fúrókban, diagnosztikai berendezésekben és laboratóriumi centrifugákban használják. Ezekben az alkalmazásokban száraz vagy PTFE-kenésű rozsdamentes csapágyak gyakran szükségesek a kenőanyaggal való szennyeződés elkerülése érdekében steril környezetben.

Vegyi feldolgozás és szivattyúk

A savakat, lúgokat vagy oldószereket kezelő centrifugálszivattyúkhoz, keverőkhöz és vegyszeradagoló berendezésekhez olyan csapágyakra van szükség, amelyek ellenállnak az érintett vegyszereknek. A 440C és 316 közötti választás a vegyszertől függ – a 316 jobban kezeli a sósav- és kloridoldatokat, míg a 440C megfelelően teljesít számos szerves oldószerben és enyhe savas környezetben.

Félvezető és tisztatéri berendezések

Tisztaterű környezetben a szokásosan zsírozott csapágyak gázt bocsátanak ki, és eltávolítják a részecskéket. A rozsdamentes acél mélyhornyú golyóscsapágyakat PTFE-ketrecekkel és száraz kenőanyaggal vagy vákuummal kompatibilis zsírral ostyakezelő robotokban, precíziós pozicionálási szakaszokban és vákuumkamrás mechanizmusokban használják, ahol a részecskeképződést és a gázkibocsátást minimálisra kell csökkenteni.

Kenésválasztás rozsdamentes acél csapágyakhoz

Az előolajozott rozsdamentes acél mélyhornyú golyóscsapágyakat általában szabványos lítium-komplex vagy polikarbamid zsírral zsírozzák, de a speciális alkalmazások speciális kenőanyagokat igényelnek:

• Élelmiszer-minőségű zsír (NSF H1): Bármilyen élelmiszerrel érintkező vagy élelmiszer-közeli alkalmazáshoz szükséges. Jellemzően fehér ásványolaj vagy szintetikus bázis FDA által jóváhagyott sűrítőszerekkel. A gyakori termékek közé tartozik a Mobilgrease FM 102 és a Kluber Paraliq GTE 703.
• PTFE száraz film vagy PTFE-vel sűrített zsír: Tisztatéri, vákuum- vagy orvosi alkalmazásokhoz, ahol ellenőrizni kell a gázkibocsátást és a részecskeképződést. A PTFE kenőanyagok a szélsőséges hőmérsékleteket is jól bírják - működési tartomány jellemzően –200°C és 260°C között .
• Perfluor-poliéter (PFPE) zsír: A legnagyobb teljesítményű opció extrém hőmérsékletekhez, agresszív vegyszerekhez és nagy vákuumú környezetekhez. Repülési, félvezető berendezésekben és kriogén alkalmazásokban használják. Lényegesen drágább – gyakran 10–20-szorosa a normál zsírok költségének .
• Kenés nélküli / száraz: Egyes rozsdamentes csapágyakat kenőanyag nélkül szállítanak olyan alkalmazásokhoz, ahol a technológiai folyadék kenőanyagként működik (vízszivattyúk), vagy ahol bármely kenőanyag nem kompatibilis a környezettel. A terhelést és a sebességet gondosan elemezni kell az alkalmasság megerősítéséhez.

Precíziós fokozatok és tolerancia osztályok

A rozsdamentes acél mélyhornyú golyóscsapágyak ugyanolyan ABEC (ANSI/ABMA) vagy ISO tűrésosztályok szerint készülnek, mint a krómacél csapágyak. A minőség közvetlenül befolyásolja az összeállítás méretpontosságát, kifutását és végső soron a rezgés- és zajteljesítményt:

• ABEC 1 / ISO P0: Szabványos ipari minőségű. Megfelelő a legtöbb általános géphez, szállítószalaghoz és mezőgazdasági berendezéshez. A furattűrés jellemzően ±12 µm 25 mm-es furaton.
• ABEC 3 / ISO P6: Javított pontosság. Jobb minőségű motorokban, szivattyúkban és mérsékelt sebességgel működő szerszámgépekben használják.
• ABEC 5 / ISO P5: Nagy pontosságú. 3600 RPM feletti villanymotorokhoz, precíziós orsókhoz és orvosi eszközökhöz szükséges. A furattűrés ±8 µm-re húzódik meg egy 25 mm-es furaton.
• ABEC 7 / ISO P4 és ABEC 9 / ISO P2: Ultraprecíziós minőségek nagy sebességű orsókhoz, repülőgépgiroszkópokhoz és precíziós műszerekhez. Ezek a minőségek rozsdamentes acélból készülnek, de jelentős költségprémiummal járnak, és megfelelő ház- és tengelytűrésekre van szükség ahhoz, hogy teljesítményelőnyüket biztosítsák.

A legtöbb ipari rozsdamentes acél csapágyalkalmazáshoz, ABEC 1 vagy ABEC 3 elegendő . Az alkalmazás által megkívántnál nagyobb precíziós minőségek megadása költségnövekedést jelent teljesítmény-előnyök nélkül, ha a környező megmunkált illesztések nem tartják be a megfelelő tűréseket.

Telepítési, illesztési és kezelési szempontok

Még a legjobb minőségű rozsdamentes acél csapágyak is idő előtt meghibásodnak, ha nem megfelelően vannak beszerelve. Számos gyakorlat kritikus:

1. Soha ne alkalmazzon szerelési erőt a gördülő elemeken keresztül. A nyomóerőnek át kell mennie a felszerelendő gyűrűn – a belső gyűrű a tengely illesztéseihez, a külső gyűrű a ház illesztéseihez. A golyókon áthaladó erő károsítja a versenypályákat, és azonnali kifáradási hibákat okoz.
2. Igazítsa a tengely és a ház tűrését a terhelés típusához. A forgó belső gyűrű (leggyakrabban) megköveteli a tengelyen lévő interferencia illesztést (k5 vagy m5 tűrés), hogy megakadályozza a korróziót. A rögzített házban lévő külső gyűrű átmeneti vagy enyhe hézag-illesztést (H7 vagy J7) használ.
3. Kerülje az ütéses beszerelést. Használjon csapágyprést vagy illesztőszerszámot. Az ütős kalapács brinellinget hoz létre – állandó bemélyedéseket a versenypályán, amelyek vibrációt és idő előtti meghibásodást okoznak.
4. A kezelés során tartsa tisztán a rozsdamentes csapágyakat. Az ujjlenyomatok klorid lerakódásokat hagynak, amelyek korróziót okozhatnak a 440 C-os felületeken. Tiszta kesztyűvel kezelje maró hatású szervizelési alkalmazásoknál.
5. Összeszerelés után ellenőrizze a működési távolságot. A belső radiális hézag (C2, CN, C3) befolyásolja a terheléseloszlást és a termikus viselkedést. A legtöbb szabványos alkalmazás CN (normál) hézagot használ, de azoknál az alkalmazásoknál, amelyeknél jelentős a hőmérséklet-emelkedés vagy szorosan illeszkedik a ház, szükség lehet C3 (a normálnál nagyobb) hézagra, hogy megakadályozzák az előfeszítést, amikor a csapágy felmelegszik.