Kiselnitridkula för höghastighetslager

Keramiska kulor av kiselnitrid är lättare, smidigare, styvare och hårdare än kullager av stål - egenskaper som gör dem bättre lämpade för krävande applikationer. Dessutom bidrar deras materialegenskaper till överlägsen prestanda som möjliggör högre hastigheter, lägre driftstemperaturer och längre smörjmedelslivslängd.

I detta dokument utvecklas en empirisk modell för värmeutveckling i fettsmorda helkeramiska vinkelkontaktkullager med fettsmörjning, och optimerar friktionsmomentkoefficienten baserat på keramiska materials egenskaper.

Motståndskraft mot höga temperaturer

Kiselnitridens förmåga att motstå värme innebär att den kan köras i högre hastigheter utan att försämras av friktion, vilket gör den idealisk för applikationer som fordons- och flygmaskiner. Materialets korrosionsbeständighet gör det dessutom användbart i tuffa miljöer eller vid extrema temperaturer.

Materialets elektriska isoleringsegenskaper hindrar oönskade strömmar från att flöda igenom, vilket minskar friktionen i elektriska motoraxlar och förbättrar effektivitet, prestanda, tillförlitlighet och livslängd. Dessutom gör dess icke-magnetiska egenskaper att det kan användas på ett säkert sätt i maskiner för magnetisk resonanstomografi (MRI), där magnetiska material skulle störa bildtagningsprocessen.

Dessutom har aluminium en lägre densitet än stål och expanderar mindre vid temperaturförändringar, vilket bidrar till att minska centrifugalkrafterna och samtidigt hålla lagren exakta i miljöer med höga temperaturer. Detta är särskilt användbart för fordon som raketer och vissa prestandamodellbilar där temperaturerna kan bli mycket höga; dess hållbarhet gör det också till en viktig ingrediens i hybridkullager som är utformade för att hantera applikationer med högre hastigheter.

Motståndskraft mot korrosion

Kiselnitrid erbjuder överlägsen korrosions- och oxidationsbeständighet, vilket gör det lämpligt för användning i tuffa miljöer. Materialets höga syrabeständighet gör det dessutom mycket lämpligt för applikationer i miljöer med saltsyra, svavelsyra eller salpetersyra. Dessutom bidrar dess självsmörjande egenskaper till att minimera friktion och slitage på rörliga delar. Kulor av kiselnitrid är också självsmörjande för att ytterligare minska friktionen.

Låg vikt och motstånd mot centrifugalkraft gör dessa lager idealiska för höghastighetsoperationer, vilket gör dem lämpliga för tandläkarborrar eller andra verktygsmaskiner som kräver jämn rotation vid höga hastigheter, t.ex. tandläkarborrar. Dessutom kan precisionsapplikationer dra nytta av deras användning.

Den släta ytan minskar friktionen, vilket leder till mindre energiförlust och värmeutveckling - vilket i slutändan förbättrar effektiviteten och förlänger livslängden. Dessutom tål dessa lager höga temperaturer utan att försämras, vilket bidrar till att förhindra överhettning i applikationer som elmotorer. Slutligen bidrar deras elektriskt isolerande egenskaper till att undvika elektriska ljusbågar som stör känslig elektronik i medicinsk utrustning - denna egenskap kan spara pengar i underhållskostnader eller ersättningskostnader.

Förebyggande av elektriska ljusbågar

Kulor av kiselnitrid är idealiska för höghastighetsapplikationer där risken för korrosion och elektriska ljusbågar är hög, eftersom dess isolerande egenskaper eliminerar skador som orsakas av elektrisk ström, samtidigt som de förhindrar att lagerkomponenter av stål bildar ljusbågar sinsemellan, vilket förlänger livslängden på hybridkeramiska lager som används i elmotorer och annan utrustning som utsätts för konstant elektrisk ström.

Kiselnitrid är icke-magnetiskt, vilket gör det till det perfekta materialvalet för medicinsk utrustning som är beroende av magnetfält för sin stabilitet, t.ex. MR-maskiner. Dessutom har detta material överlägsen mekanisk prestanda tack vare sin höga hållfasthet och destruktiva seghetsegenskaper samt kemisk resistens som gör det lämpligt för användning i korrosiva miljöer.

Kiselnitridkeramik har låg densitet som minimerar centrifugalkraften och friktionen vid högre hastigheter, vilket ger högre driftshastigheter. Den lägre värmeutvidgningskoefficienten än stål gör det dessutom möjligt att uppnå exakta toleranser i miljöer där metallkulor normalt skulle deformeras och gör det också möjligt att arbeta utan att behöva tillföra ytterligare smörjmedel. Detta gör att den kan arbeta effektivt även där det kanske inte är bekvämt eller praktiskt att tillföra ytterligare smörjning.

Icke-magnetisk

Kulor av kiselnitrid tål extremt höga temperaturer utan att försämras, vilket gör dem till det perfekta materialet för användning i lager som används i tuffa miljöer som korrosionsbenägna raketer eller bilar, eller utrustning som arbetar i höga hastigheter som raketer eller bilar. De icke-magnetiska egenskaperna gör dem också användbara i medicinsk utrustning som MR-maskiner där magnetiska material kan störa bildåtergivningen.

Kiselnitridens låga densitet bidrar till att minimera centrifugalkraften när lagren roterar, vilket är viktigt för höghastighetsapplikationer och hjälper till att förhindra tidiga spjälkningsskador och förlänga deras livslängd.

Elektriska isoleringsegenskaper förhindrar elektriska ljusbågar som orsakar tidiga fel på motorlager i el- och hybridfordon. Detta förlänger deras livslängd och förbättrar den totala prestandan. Deras linjära expansionskoefficient är ungefär en fjärdedel av den för stållager, så de kan användas i miljöer med snabba temperaturförändringar utan att "låsas" eller dimensionsförändringar sker lika snabbt. De tål även tuffa miljöer med syror, alkalier och havsvatten utan problem under längre perioder.