Ceramiczne łożyska hybrydowe: zaawansowane podróże lotnicze

Dzięki ponad stuletnim innowacjom w lotnictwie firma Timken umożliwiła wiele nowatorskich rozwiązań w lotnictwie — od wynalezienia helikopterów po pierwsze lądowania na Księżycu i Marsie. Obecnie inżynierowie firmy Timken wykorzystują swoją specjalistyczną wiedzę w zakresie zarządzania tarciem, przenoszenia mocy i metalurgii, aby zmaksymalizować niezawodność w zastosowaniach, takich jak lotnictwo przeciwpożarowe i silniki samolotów cywilnych.

Teraz projektanci samolotów przesuwają granice tego, co jest możliwe, aby zoptymalizować wydajność i osiągnąć wyższy poziom wydajności. Możliwości firmy Timken w zakresie inżynierii i produkcji hybrydowych łożysk walcowych i stożkowych pozwolą zoptymalizować osiągi samolotów i wiropłatów na potrzeby nowej ery lotu.

„Od ponad 120 lat gromadzimy wiedzę na temat tarcia, zużycia, smarowania i konstrukcji łożysk w kontekście materiałów stalowych. Przekłada się to dobrze na zrozumienie właściwości azotku krzemu – i tego, jak możemy z powodzeniem projektować i produkować z użyciem obu”.

John Lowry
Główny Inżynier Lotnictwa

Hybrydowe łożyska lotnicze: kluczowe dla zwiększenia wydajności
Kierując się chęcią oszczędzania energii, kosztów i środowiska, klienci z branży lotniczej chcą wydobyć każdą możliwą wydajność z każdego systemu i podzespołu samolotu. Łożyska lotnicze Timken wykonane ze stali są już bardzo wydajne. Aby osiągnąć przyszły wzrost wydajności, inżynierowie poszerzają gamę typów łożysk hybrydowych dostępnych na rynku.

Łożyska „hybrydowe” są tak nazywane, ponieważ łączą stalowe pierścienie i ceramiczne elementy toczne, podczas gdy bardziej konwencjonalne łożyska wykorzystują stal do obu tych elementów. Azotek krzemu w wałkach ceramicznych jest „klasą łożyskową” — najwyższą dostępną jakością.

„Azotek krzemu jest prawie dwa razy twardszy niż stal łożyskowa i ma dodatkowe właściwości, które sprawiają, że jest lżejszy, mocniejszy i lepiej sprawdza się przy wyższych prędkościach”, mówi John Lowry, główny inżynier przemysłu lotniczego. „To ceramika, która wytrzymuje naprawdę agresywne warunki i dobrze sprawdza się w łożyskach tocznych”.

Eksperymenty z ceramicznymi elementami tocznymi do łożysk lotniczych sięgają kilkudziesięciu lat, a silniki promów kosmicznych NASA wykorzystywały je na początku lat 90. XX wieku. W miarę przyspieszania wyścigu w opracowywaniu zoptymalizowanych rozwiązań pojawia się szersza gama typów łożysk hybrydowych, które zwiększają wydajność silników lotniczych, generatorów i rozruszników oraz skrzyń biegów wiropłatów.

Inżynierowie firmy Timken niedawno ściśle współpracowali z konstruktorami samolotów obronnych, aby opracować hybrydowe łożyska wałeczkowe do kilku zastosowań, w tym do opracowania lotniczego silnika turbinowego zaprojektowanego tak, aby był znacznie mocniejszy i wydajniejszy niż istniejące turbowentylatory o niskim boczniku.

Specjaliści z firmy Timken zajmujący się trybologią odegrali ważną rolę w badaniach i rozwoju, testując wytrzymałość wałków ceramicznych w porównaniu z różnymi gatunkami stali zwykle używanymi do produkcji elementów łożysk przylegających do wałeczków. Sposób interakcji materiałów bezpośrednio wpływa na wydajność.

Różnica Timken: zastrzeżone procesy produkcyjne
„Od ponad 120 lat gromadzimy wiedzę na temat tarcia, zużycia, smarowania i konstrukcji łożysk w kontekście materiałów stalowych”, zauważa Lowry. „To dobrze przekłada się na zrozumienie właściwości azotku krzemu – i tego, jak możemy z powodzeniem projektować i produkować z użyciem obu”.

Melissa Kerney, kierownik programu lotniczego, mówi, że użyty azotek krzemu jest najwyższej dostępnej klasy i jest przetwarzany zgodnie z bardzo wysokimi standardami.

„Zróżnicowanie w celu uzyskania produktu klasy lotniczej odbywa się w dwóch etapach, oba w produkcji” – mówi.

Najpierw przy użyciu proszku azotku krzemu formowany jest „pusty” wałek o niemal zerowym kształcie. Formuła proszku określa, jak materiał wytrzyma uformowanie „półfabrykatów”, które ostatecznie staną się ceramicznymi wałkami.

Po drugie, firma Timken wykańcza te półfabrykaty we własnym zakresie zgodnie z precyzyjnymi wymaganiami, stosując zastrzeżone procesy szlifowania i dogładzania.

„To bardzo trudne” — mówi Kerney. „Azotek krzemu jest znacznie mocniejszy niż stal i wymaga zupełnie innego podejścia do wykończenia, pomiaru i kontroli. Wykorzystujemy naszą wiedzę o materiałoznawstwie i łączymy to z naszą wiedzą w zakresie produkcji i narzędzi. Rezultatem są wyjątkowo trwałe, niezawodne łożyska, które spełniają wymagania inspekcji przemysłowych”.

Dzięki w pełni rozwiniętej inżynierii i produkcji hybrydowych łożysk wałeczkowych firma Timken zainwestowała w możliwości produkcyjne, aby wyprodukować jedną z najbardziej kompletnych w branży linii łożysk stożkowych i walcowych z wałeczkami z azotku krzemu. Timken zamierza rozpocząć pełną produkcję, aby wspierać klientów z branży lotniczej do 2023 roku.

Dlaczego lotnictwo i dlaczego teraz? Kerney mówi: „to najtrudniejsza aplikacja wymagająca rozwiązań hybrydowych i gdzie hybryda oferuje największą propozycję wartości”.

Inżynierowie firmy Timken wykorzystują ceramikę do poprawy wydajności łożysk w wielu istotnych gałęziach przemysłu. Dowiedz się, jak specjalna , odporna na zużycie powłoka z drobnymi cząstkami ceramicznymi poprawia wydajność turbin wiatrowych i sprzętu rolniczego.

Last Updated: 2023/06/21

Published: 2022/05/11