Meningkatnya permintaan untuk meningkatkan keandalan di seluruh industri berarti para insinyur perlu mempertimbangkan semua komponen peralatan mereka.Sistem bantalan adalah bagian penting dalam mesin dan kegagalannya dapat memiliki konsekuensi bencana dan mahal.Desain bantalan memiliki dampak besar pada keandalan, terutama dalam kondisi operasi ekstrem termasuk suhu tinggi atau rendah, vakum, dan atmosfer korosif.Artikel ini menguraikan pertimbangan yang harus diambil saat menentukan bantalan untuk lingkungan yang menantang, sehingga para insinyur dapat memastikan keandalan yang tinggi dan kinerja umur panjang yang sangat baik dari peralatan mereka.

Sebuah sistem bantalan terdiri dari banyak elemen termasuk bola, cincin, kandang dan pelumasan misalnya.Bantalan standar biasanya tidak tahan terhadap kerasnya lingkungan yang keras dan pertimbangan khusus untuk masing-masing bagian perlu diambil.Elemen yang paling penting adalah pelumasan, bahan, dan perlakuan panas atau pelapis khusus dan dengan melihat setiap faktor berarti bantalan dapat dikonfigurasikan dengan baik untuk aplikasi tersebut.

Beroperasi pada suhu tinggi

Aplikasi suhu tinggi, seperti yang digunakan dalam sistem aktuasi dalam industri kedirgantaraan dapat menghadirkan tantangan bagi bantalan standar.Selain itu, suhu meningkat pada peralatan karena unit menjadi semakin kecil dan kepadatan daya meningkat, dan ini menimbulkan masalah bagi bantalan rata-rata.

pelumasan

Pelumasan merupakan pertimbangan penting di sini.Oli dan gemuk memiliki suhu operasi maksimum di mana mereka akan mulai terdegradasi dan menguap dengan cepat yang menyebabkan kegagalan bantalan.Gemuk standar sering dibatasi pada suhu maksimum sekitar 120 °C dan beberapa gemuk konvensional suhu tinggi mampu menahan suhu hingga 180 °C.

Namun, untuk aplikasi yang membutuhkan suhu yang lebih tinggi, tersedia gemuk pelumas khusus berfluorinasi dan suhu yang melebihi 250 °C dapat dicapai.Jika pelumasan cair tidak memungkinkan, pelumasan padat adalah opsi yang memungkinkan pengoperasian kecepatan rendah yang andal bahkan pada suhu yang lebih tinggi.Dalam hal ini molibdenum disulfida (MOS2), tungsten disulfida (WS2), grafit atau Polytetrafluoroethylene (PTFE) direkomendasikan sebagai pelumas padat karena dapat mentolerir suhu yang sangat tinggi untuk jangka waktu yang lebih lama.

bahan

Jika menyangkut suhu di atas 300 °C, bahan cincin dan bola khusus diperlukan.AISI M50 adalah baja suhu tinggi yang biasanya direkomendasikan karena menunjukkan ketahanan aus dan kelelahan yang tinggi pada suhu tinggi.BG42 adalah baja suhu tinggi lainnya yang memiliki kekerasan panas yang baik pada 300 °C dan umumnya ditentukan karena memiliki tingkat ketahanan korosi yang tinggi dan juga kurang rentan terhadap kelelahan dan keausan pada suhu ekstrim.

Kandang suhu tinggi juga diperlukan dan mereka dapat disuplai dalam bahan polimer khusus termasuk PTFE, Polimida, Poliamida-imida (PAI) dan Polieter-eter-keton (PEEK).Untuk sistem pelumasan oli suhu tinggi, sangkar bantalan juga dapat dibuat dari perunggu, kuningan atau baja berlapis perak.

Pelapisan dan perlakuan panas

Pelapisan canggih dan perawatan permukaan dapat diterapkan pada bantalan untuk memerangi gesekan, mencegah korosi dan mengurangi keausan, sehingga meningkatkan kinerja bantalan pada suhu tinggi.Misalnya, sangkar baja dapat dilapisi dengan perak untuk meningkatkan kinerja dan keandalan.Dalam kasus kegagalan pelumas/kelaparan, pelapis perak bertindak seperti pelumas padat, memungkinkan bantalan untuk terus berjalan untuk waktu yang singkat atau dalam situasi darurat.

Keandalan pada suhu rendah

Di ujung lain skala, suhu rendah dapat menjadi masalah untuk bantalan standar.

pelumasan

Dalam aplikasi suhu rendah, misalnya aplikasi pemompaan kriogenik dengan suhu di wilayah -190°C, pelumasan oli menjadi lilin yang mengakibatkan kegagalan bantalan.Pelumasan padat seperti MOS2 atau WS2 ideal untuk meningkatkan keandalan.Selanjutnya, dalam aplikasi ini, media yang dipompa dapat bertindak sebagai pelumas, sehingga bantalan perlu dikonfigurasi secara khusus untuk beroperasi pada suhu rendah ini menggunakan bahan yang cocok dengan media tersebut.

bahan

Salah satu bahan yang dapat digunakan untuk meningkatkan umur kelelahan bantalan dan ketahanan aus adalah SV30® – baja tahan korosi, nitrogen tinggi yang dikeraskan melalui martensit.Bola keramik juga direkomendasikan karena memberikan kinerja yang unggul.Sifat mekanik yang melekat pada material berarti mereka memberikan operasi yang sangat baik dalam kondisi pelumasan yang buruk, dan jauh lebih cocok untuk beroperasi dengan andal pada suhu rendah.

Bahan sangkar juga harus dipilih agar tahan aus mungkin dan pilihan yang baik di sini termasuk PEEK, Polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) dan plastik PAI.

Perawatan panas

Cincin harus diberi perlakuan panas khusus untuk meningkatkan stabilitas dimensi pada suhu rendah.

Desain internal

Pertimbangan lebih lanjut untuk bekerja dalam suhu rendah adalah desain internal bantalan.Bantalan dirancang dengan tingkat permainan radial, tetapi ketika suhu berkurang, komponen bantalan mengalami kontraksi termal dan oleh karena itu jumlah permainan radial berkurang.Jika tingkat permainan radial berkurang menjadi nol selama operasi, ini akan mengakibatkan kegagalan bantalan.Bantalan yang ditujukan untuk aplikasi suhu rendah harus dirancang dengan lebih banyak putar radial pada suhu kamar untuk memungkinkan tingkat pengoperasian putar radial yang dapat diterima pada suhu rendah.

Menangani tekanan vakum

Dalam lingkungan vakum ultra-tinggi seperti yang ada di manufaktur elektronik, semikonduktor, dan LCD, tekanannya bisa lebih rendah dari 10-7mbar.Bantalan vakum ultra-tinggi biasanya digunakan dalam peralatan aktuasi di dalam lingkungan manufaktur.Aplikasi vakum khas lainnya adalah pompa turbomolekuler (TMP) yang menghasilkan vakum untuk lingkungan manufaktur.Dalam aplikasi terakhir ini, bantalan sering diminta untuk bekerja pada kecepatan tinggi.

pelumasan

Pelumasan dalam kondisi ini adalah kuncinya.Pada vakum tinggi seperti itu, gemuk pelumas standar menguap dan juga mengeluarkan gas, dan kurangnya pelumasan yang efektif dapat mengakibatkan kegagalan bantalan.Oleh karena itu, pelumasan khusus perlu digunakan.Untuk lingkungan vakum tinggi (hingga sekitar 10-7 mbar) gemuk PFPE dapat digunakan karena memiliki ketahanan yang jauh lebih tinggi terhadap penguapan.Untuk lingkungan vakum ultra-tinggi (10-9mbar dan di bawah) pelumas padat dan pelapis perlu digunakan.

Untuk lingkungan vakum sedang (sekitar 10-2mbar), dengan desain yang cermat dan pemilihan gemuk vakum khusus, sistem bantalan yang memberikan masa pakai yang lama lebih dari 40.000 jam (sekitar 5 tahun) penggunaan terus-menerus, dan beroperasi pada kecepatan tinggi, dapat tercapai.

Tahan korosi

Bantalan yang dimaksudkan untuk digunakan dalam lingkungan korosif perlu dikonfigurasi secara khusus karena berpotensi terkena asam, alkali dan air garam di antara bahan kimia korosif lainnya.

bahan

Bahan merupakan pertimbangan penting untuk lingkungan korosif.Baja bantalan standar mudah terkorosi, yang menyebabkan kegagalan bantalan dini.Dalam hal ini, bahan cincin SV30 dengan bola keramik harus dipertimbangkan karena sangat tahan terhadap korosi.Faktanya, penelitian telah menunjukkan bahwa bahan SV30 dapat bertahan berkali-kali lebih lama daripada baja tahan korosi lainnya di lingkungan semprotan garam.Dalam uji semprot garam terkontrol, baja SV30 hanya menunjukkan sedikit tanda korosi setelah 1.000 jam pengujian semprotan garam (lihat grafik 1) dan ketahanan korosi tinggi SV30 terlihat jelas pada cincin uji.Bahan bola keramik khusus seperti Zirkonia dan Silicon Carbide juga dapat digunakan untuk lebih meningkatkan ketahanan bantalan terhadap zat korosif.

Mendapatkan lebih banyak dari pelumasan media

Lingkungan terakhir yang menantang adalah aplikasi di mana media bertindak sebagai pelumas, misalnya refrigeran, air, atau cairan hidrolik.Dalam semua aplikasi ini, material adalah pertimbangan yang paling penting, dan bantalan hibrida keramik SV30 sering ditemukan memberikan solusi yang paling praktis dan andal.

Kesimpulan

Lingkungan ekstrem menghadirkan banyak tantangan operasional pada bantalan standar, sehingga menyebabkannya gagal sebelum waktunya.Dalam aplikasi ini, bantalan harus dikonfigurasi dengan hati-hati sehingga sesuai dengan tujuan dan memberikan kinerja jangka panjang yang sangat baik.Untuk memastikan keandalan bantalan yang tinggi, perhatian khusus harus diberikan pada pelumasan, bahan, pelapis permukaan, dan perlakuan panas.