Керамические гибридные подшипники: развитие авиаперевозок

За более чем столетие инноваций в аэрокосмической отрасли компания Timken сделала много новинок в авиации — от изобретения вертолетов до первых высадок на Луну и Марс. Сегодня инженеры Timken применяют свои специальные знания в области управления трением, передачи энергии и металлургии, чтобы максимально повысить надежность таких приложений, как пожаротушение и двигатели гражданской авиации.

Теперь авиаконструкторы раздвигают границы возможного для оптимизации производительности и достижения эффективности следующего уровня. Возможности Timken в разработке и производстве гибридных цилиндрических и конических роликоподшипников оптимизируют характеристики самолетов и вертолетов для новой эры полетов.

«Более 120 лет мы собирали знания о трении, износе, смазке и конструкции подшипников в контексте стали. Это хорошо подходит для понимания свойств нитрида кремния и того, как мы можем успешно проектировать и производить их обоих».

Джон Лоури
Главный аэрокосмический инженер

Гибридные аэрокосмические подшипники: решающее значение для повышения эффективности
Руководствуясь желанием сэкономить энергию, затраты и защиту окружающей среды, заказчики из аэрокосмической отрасли хотят максимально эффективно использовать каждую авиационную систему и компонент. Стальные подшипники Timken для аэрокосмической отрасли уже очень эффективны. Чтобы добиться повышения эффективности в будущем, инженеры расширяют диапазон типов гибридных подшипников, доступных для обслуживания рынка.

«Гибридные» подшипники названы так потому, что в них сочетаются стальные кольца и керамические тела качения, в то время как в более традиционных подшипниках в обоих случаях используется сталь. Нитрид кремния керамических роликов относится к категории «подшипниковый» — наивысшее доступное качество.

«Нитрид кремния почти в два раза прочнее подшипниковой стали и обладает дополнительными свойствами, которые делают его легче, прочнее и лучше работают на более высоких скоростях», — говорит Джон Лоури, главный инженер аэрокосмической отрасли. «Эта керамика выдерживает действительно агрессивные условия и хорошо работает в подшипниках качения».

Эксперименты с керамическими телами качения для аэрокосмических подшипников начались несколько десятилетий назад, когда двигатели космических челноков НАСА использовали их в начале 1990-х годов. По мере того, как ускоряется гонка за разработкой оптимизированных решений, появляется все больше типов гибридных подшипников для повышения эффективности авиационных двигателей, генераторов, стартеров и редукторов вертолетов.

Недавно инженеры Timken тесно сотрудничали с производителями оборонных самолетов для разработки гибридных роликоподшипников для нескольких применений, включая разработку авиационного газотурбинного двигателя, который должен быть значительно более мощным и эффективным, чем существующие турбовентиляторные двигатели с малой двухконтурностью.

Специалисты по трибологии Timken сыграли важную роль в исследованиях и разработках, проверяя прочность керамических роликов на прочность различных марок стали, которые обычно используются для изготовления компонентов подшипников, примыкающих к роликам. Взаимодействие материалов напрямую влияет на производительность.

Отличие Timken: собственные производственные процессы
«Более 120 лет мы собирали знания о трении, износе, смазке и конструкции подшипников в контексте стали», — отмечает Лоури. «Это хорошо подходит для понимания свойств нитрида кремния и того, как мы можем успешно проектировать и производить их обоих».

Мелисса Керни, менеджер аэрокосмической программы, говорит, что используемый нитрид кремния является самым высоким доступным качеством и обрабатывается в соответствии с очень высокими стандартами.

«Дифференциация для получения продукта аэрокосмического класса происходит в два этапа, оба из которых находятся в процессе производства», — говорит она.

Во-первых, из порошка нитрида кремния формируют «пустой» валик почти чистой формы. Формула порошка определяет, насколько материал выдержит формирование «заготовок», которые в конечном итоге станут керамическими валиками.

Во-вторых, Timken самостоятельно обрабатывает эти заготовки в соответствии с точными требованиями, используя запатентованные процессы шлифования и суперфинишной обработки.

«Это очень сложно, — говорит Керни. «Нитрид кремния намного прочнее стали и требует совершенно другого подхода к чистовой обработке, калибровке и контролю. Мы берем то, что знаем о материаловедении, и объединяем его с нашим опытом в области производства и инструментов. В результате получаются чрезвычайно прочные и надежные подшипники, отвечающие требованиям отраслевых проверок».

Полностью разработав разработку и производство гибридных роликоподшипников, компания Timken инвестировала средства в производственные мощности для производства одной из самых полных в отрасли линейки конических и цилиндрических подшипников с роликами из нитрида кремния. Timken намерена начать полномасштабное производство для поддержки заказчиков из аэрокосмической отрасли к 2023 году.

Почему аэрокосмическая промышленность и почему именно сейчас? Керни говорит: «Это самое сложное приложение, которое нуждается в гибридных решениях, и где гибрид предлагает наибольшую ценность».

Инженеры Timken используют керамику для улучшения характеристик подшипников во многих важнейших отраслях промышленности. Узнайте, как специальное износостойкое покрытие с мельчайшими керамическими частицами повышает эффективность ветряных турбин и сельскохозяйственного оборудования.

Last Updated: 2023/06/21

Published: 2022/05/11