Τρίτη, 28 Μαΐου, 2024

Έδρανα κύλισης: Νέες εξελίξεις στα υλικά κατασκευής

Τα ρουλεμάν είναι στοιχεία μηχανών τα οποία αποτελούν αναπόσπαστο κομμάτι των βιομηχανικών εφαρμογών και όχι μόνο. Τα τελευταία χρόνια οι ολοένα αυξανόμενες απαιτήσεις έχουν αναγκάσει τους κατασκευαστές να στραφούν σε διαφορετικά υλικά κατασκευής.

Του κ. Άρη Κωνσταντινίδη*

Τα έδρανα κύλισης έχουν υπάρξει από τα πλέον διαδεδομένα στοιχεία μηχανών για περισσότερους από δύο αιώνες, σε μια πληθώρα εφαρμογών της βιομηχανίας, της αυτοκίνησης και πολλών άλλων τομέων. Μπορεί η αρχή της λειτουργίας τους να παραμένει η ίδια και ο σχεδιασμός τους να μην έχει μεταβληθεί σημαντικά στο πέρασμα του χρόνου, ωστόσο η τεχνολογία και η έρευνα στον τομέα των εδράνων αναπτύσσεται διαρκώς, με στόχο να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις των σύγχρονων τεχνολογικών εφαρμογών.

Όπως είναι λογικό, τα συμβατικά έδρανα δεν είναι δυνατό να μεγιστοποιήσουν την απόδοση εξειδικευμένων εφαρμογών ή να υποστηρίξουν νέες εφαρμογές για τις οποίες δεν είχαν δημιουργηθεί ανάγκες παλαιότερα και στις οποίες θα αναφερθούμε συνοπτικά παρακάτω.

Εξέλιξη στους χάλυβες

Οι σύγχρονοι και εξαιρετικά καθαροί χάλυβες ρουλεμάν περιέχουν λιγότερα και μικρότερα μη μεταλλικά εγκλείσματα, δίνοντας στα ρουλεμάν μεγαλύτερη αντοχή στην κόπωση. Νέοι ανοξείδωτοι μαρτενσιτικοί χάλυβες ποιότητας 400 (X65Cr13) έχουν αναπτυχθεί για τη βελτίωση των επιπέδων θορύβου των ρουλεμάν, καθώς και χάλυβες υψηλής περιεκτικότητας σε άζωτο για μεγαλύτερη αντοχή στη διάβρωση.

Επιπλέον, οι σύγχρονες τεχνικές κατασκευής και απαέρωσης χάλυβα παράγουν χάλυβα με χαμηλότερα επίπεδα οξειδίων, θειούχων και άλλων διαλυμένων αερίων, ενώ οι καλύτερες τεχνικές σκλήρυνσης παράγουν σκληρότερους και πιο ανθεκτικούς στη φθορά χάλυβες. Ταυτόχρονα, οι εξελίξεις στις εργαλειομηχανές επιτρέπουν στους κατασκευαστές ρουλεμάν ακριβείας να διατηρούν στενότερες ανοχές στα εξαρτήματα των ρουλεμάν και να παράγουν καλύτερης ποιότητας επιφάνειες επαφής, οι οποίες μειώνουν την τριβή και βελτιώνουν τη διάρκεια ζωής.

Υβριδικά ρουλεμάν με κεραμικά στοιχεία κύλισης

Τα υβριδικά προϊόντα που προσφέρουν συνδυασμό χαλύβδινων δακτυλίων και στοιχείων κύλισης που κατασκευάζονται από κεραμικά (κυρίως νιτρίδιο του πυριτίου) γίνονται όλο και πιο δημοφιλή.

Σχεδιασμένα για να μπορούν να εναλλάσσονται με ρουλεμάν από χάλυβα σε πολλές περιπτώσεις, τα υβριδικά προϊόντα συμβάλλουν στην αύξηση της αξιοπιστίας και της στιβαρότητας και παρέχουν εξαιρετική ηλεκτρική μόνωση.

Τα υβριδικά ρουλεμάν μπορούν να υποστηρίξουν μεγαλύτερες ταχύτητες περιστροφής, είναι πιο ανθεκτικά σε τριβή και κρούση και, ως εκ τούτου, παρέχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από τα ρουλεμάν από χάλυβα στις περισσότερες εφαρμογές.

Πλαστικά ρουλεμάν

Κατά τη διάρκεια των τελευταίων τριών δεκαετιών υπάρχει σημαντική εξέλιξη στην ανάπτυξη και στη χρήση πλαστικών υλικών υψηλής τεχνολογίας για την κατασκευή ρουλεμάν.

Τα υλικά με βάση τα πολυμερή, όπως το PTFE (Teflon), το Nylon και τα φαινολικά πλαστικά, προσφέρουν πολλά οφέλη όσον αφορά τη διάρκεια ζωής, την αντοχή σε κόπωση και διάβρωση, αλλά και τη μειωμένη ανάγκη για λίπανση.

Το Teflon έχει τα πλεονεκτήματα ενός υλικού χαμηλής τριβής σε συνδυασμό με υψηλά αυτολιπαινόμενα χαρακτηριστικά. Μπορεί να αποδώσει αποτελεσματικά σε ένα εύρος θερμοκρασιών από -21°C έως +180°C συνεχόμενα, και έως 285°C βραχυπρόθεσμα.

Το γεγονός αυτό καθιστά τα ρουλεμάν που κατασκευάζονται με Teflon ιδανικά για χρήση σε εφαρμογές όπου το ρουλεμάν υπόκειται σε παρατεταμένη έκθεση σε δυσμενείς καιρικές συνθήκες, νερό ή χημικές ουσίες.

Το Nylon, που χρησιμοποιείται πιο συχνά, είναι πιο αθόρυβο και ανθεκτικό στην τριβή. Γνωστό για τη δυνατότητα μεγάλης ακριβείας σε έγχυση με πίεση και μηχανικές κατεργασίες, είναι μια ελκυστική επιλογή. Επιπλέον, η ακαμψία και η αντοχή του στη φθορά μπορούν να βελτιωθούν με την εφαρμογή γραφίτη, ενώ επιτυγχάνεται αντίσταση στην παραμόρφωση σε θερμοκρασίες έως και 145°C.

Τα ρουλεμάν με βάση τα φαινολικά πλαστικά υπερέχουν σε σχέση με την αντοχή στους κραδασμούς, την αντοχή στο νερό, τα οξέα και τα αλκάλια. Είναι επίσης ιδανικά σε εφαρμογές με υψηλά φορτία λειτουργίας, όπως σε κινητήρες πλοίων, μηχανές έλασης και υδροστρόβιλους.

Δύο άλλα υλικά που αξίζει να αναφερθούν είναι το πολυοξυμεθυλένιο (POM) και το πολυαιθυλένιο υπερυψηλού μοριακού βάρους (UHMWPE). Το πρώτο χρησιμοποιείται στην αυτοκινητοβιομηχανία, σε συσκευές και σε βιομηχανικές εφαρμογές όπου το χαμηλό κόστος και η αντοχή στο νερό το καθιστούν ελκυστική επιλογή, ενώ το δεύτερο παράγει λείες επιφάνειες χαμηλής τριβής και προσφέρει μια εξαιρετική εναλλακτική επιλογή σε σχέση με εξαρτήματα που συνήθως κατασκευάζονται από ακετάλη, Nylon ή υλικό PTFE.

Σημαντικές εξελίξεις γνωρίζουν τα πλαστικά ρουλεμάν στον τομέα των τροφίμων και των φαρμάκων. Ορισμένοι κατασκευαστές προσφέρουν πλέον πλαστικά ρουλεμάν εγκεκριμένα από τους αρμόδιους ελεγκτικούς φορείς, για τα οποία επιτρέπεται επαφή με τρόφιμα και φαρμακευτικά προϊόντα, σε στεγασμένες μονάδες.

Συνδυάζοντας ένα καινοτόμο σύστημα στεγανοποίησης του γράσου με την πλήρη σφράγιση των μονάδων, τα ρουλεμάν υψηλής απόδοσης για τρόφιμα όχι μόνο προσφέρουν αυξημένη απόδοση, αλλά βοηθούν επίσης στην εξάλειψη του κινδύνου μόλυνσης και στη μείωση της εξάπλωσης βακτηρίων.

Επειδή λιπαίνονται εφ’ όρου ζωής και έχουν σχεδιαστεί να αντέχουν σε συχνές πλύσεις, οι νέες μονάδες ρουλεμάν επιλύουν επίσης πολλά από τα προβλήματα που σχετίζονται με την παραδοσιακή συντήρηση σε αυτούς τους τομείς.

Τέλος, καθώς διαδίδεται ευρέως η τρισδιάστατη εκτύπωση και γίνεται πιο αποδοτική οικονομικά, θα δημιουργηθούν δυνατότητες για παραγωγή μη τυποποιημένων ρουλεμάν από πολυμερή σε μικρές ποσότητες και για ειδικές εφαρμογές.

*Ο κ. Άρης Κωνσταντινίδης είναι μέλος του Εργαστηρίου Στοιχείων Μηχανών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου.

 

 

 

 

ΣΧΕΤΙΚΑ ΑΡΘΡΑ