迈克·桑托拉编辑
在传统的产品设计模型中,轴承的选择通常不是一个大的因素。人们的想法是,一个轴承与另一个轴承没有太大的区别,所以当它们基本上都相同时,为什么要花时间考虑要使用的轴承类型呢?
乔纳森·切基茨和金·埃文斯正致力于改变这种思维方式。事实上,如果他们有自己的方式,轴承不仅将进入产品开发对话,他们将坐在桌子的头。
GGB轴承技术公司的全球产品经理Checketts表示,在设计过程的早期考虑轴承,可以提高最终产品的质量,包括更轻的重量、更小的外形、更少的零件、更高的强度和更高的能源效率。切克茨说,当在设计过程的早期阶段引入GGB时,他们可以帮助实现这些结果,同时帮助确保预算和截止日期得到满足。
滑动轴承用于减少旋转轴和固定支撑构件之间的摩擦,但它们没有滚动元件。它们用于故障可能造成严重后果的地方,如飞机起落架。滑动轴承的优点还在于其低成本和简单性。
轴承之所以能产生如此大的差异,是因为虽然它们都具有相同的基本功能,但最近轴承技术的发展却创造了如此多样化的性能特征,以至于说它们都是一样的,就像说T型车和法拉利车之间没有区别,因为它们都是汽车。
而且,说到汽车,这种轴承选择方法的潜力可以从汽车制造商对欧盟在21世纪初通过的《报废车辆指令》的回应中看到。
该指令旨在减少回收报废车辆过程中留下的铅等有害污染物的影响。汽车制造商不得不使他们的产品适应新的规定。当被要求帮助时,Checketts和看到了一个完美的机会,证明从一开始就咨询他们可以获得的效率。
“对我们来说,尽早介入很重要。它使我们能够提供比我们后来加入时多得多的东西——新的设计、创新的产品、更好的理解,”切克茨说。“如果你是在一切都已经完成、发布和验证的时候才加入,那么你就很难回头并做出改进。”
铅在汽车工业中以GGB的DU金属聚合物、抗摩擦滑动轴承的形式被广泛使用。切克茨和他的团队与公司合作,提供替代方案。经过几次试验,DP11金属聚合物减摩滑动轴承成为隔离滑轮阻尼器DU的最佳替代品。但是为什么呢?
隔离滑轮阻尼器安装在发动机曲轴上,将扭矩传递到驱动各种发动机附件的橡胶带。活塞产生的不平衡力将振动传递到配电带,乘客可以感觉到,这降低了皮带的使用寿命。为了支持来自皮带的径向载荷,增加皮带寿命,减少噪音和振动,隔离滑轮阻尼器装有DP11金属聚合物,自润滑平套。它们的复合轴承结构由钢衬底组成,在其上粘结多孔的青铜烧结矿夹层,该夹层浸渍并覆有富含ptfe的耐磨轴承层。
在隔离滑轮减振器的应用中,DP11自润滑衬套的减摩性能提供了低摩擦性能,不会损害滑轮的阻尼质量,因为它可以减少振动并延长使用寿命。使用DP11还提供了紧凑和减轻重量的设计,简化的组装,当然还有无铅轴承。
除了满足无铅要求外,DP11替代方案还提供了一个机会,提出了一种专利轴承设计,从使用两个单独的组件(圆柱轴承和推力垫圈)转变为一个称为反向法兰圆柱轴承的单一组件。与原来用两件圆柱轴承支撑皮带径向载荷的功能类似,反向法兰圆柱轴承使感应轴向载荷得到支撑。减少到一个具有相同功能的部件导致了简化、更紧凑的设计,更容易的组装过程,并降低了物流成本。
在产品开发过程中,选择并与试点客户密切合作,确保产品符合其技术和经济规格。
Checketts还参与了为汽车空调压缩机创造更紧凑的设计。为了提高性能,制造商希望降低重量、安装难度和环境影响。
DP31金属聚合物自润滑轴承的结构由坚固的钢衬底和烧结青铜夹层组成,并浸渍并覆盖由PTFE(含氟聚合物)和其他性能增强填料组成的减摩层。它们的设计、结构和组成非常适合于HVAC压缩机。由于设计师和制造商之间的合作,DP31滑动轴承已经成功地用更轻、更紧凑的解决方案取代了传统的滚针轴承,降低了燃料消耗和环境影响。
Checketts说:“作为一名应用工程师,我最大的满足感就是站在成型机器旁边,回想与客户的最初接触、设计和成功的原型测试,然后看到所有东西都被交付给客户。”“当你知道自己参与创造的产品能够直接帮助客户时,那种感觉非常棒。”
GGB应用工程师金·埃文斯(Kim Evans)也非常了解这种感觉。尽早加入使得埃文斯这样的航空航天设计工程师能够对设计进行一些可能被认为是微小的调整,但却能产生巨大的影响。例如,在产品开发早期,用更小、更轻的滑动轴承替换大型、沉重的滚子轴承,可能会减少壳体尺寸,并在开发和测试之前删除不再必要的功能。但是,当轴承工程师在产品开发的后期被引入时,轴承可能不得不适应比必要的更厚和更重的预定尺寸。当这种情况发生时,制造成本没有得到优化,最终会降低制造商的利润或增加客户的产品成本。
在这个过程中出现过晚的一个例子发生在GGB工作的起落架升级时,包括支柱轴承和其他润滑脂金属轴承。制造商的愿望清单包括减轻重量,减少或消除维护,以及延长保质期。制造商最初想更换一个润滑脂竞争轴承,不能很好地与DU-B轴承。虽然DU-B轴承不需要涂油,但必须添加加工功能,因此轴承将落入涂油的金属轴承的斑点,而不修改轴或壳体。这一变化需要特殊的加工,额外的检查和生产额外的零件,用于机械车间的设置,这意味着每个轴承的成本不必要的增加。
Evans说:“使用需要加工功能的轴承比没有这些功能的轴承成本高出50%,每月加起来要几千美元。”“如果一个项目持续好几年,他们通常会这样做,成本肯定会增加。”更早地融入设计过程可能有助于避免成本。
后来,GGB被选中参与一个帮助升级军用和商用飞机起落架的项目。在这种情况下,GGB更早地参与其中,基于更强的关系、明确的期望和对轴承选择产生更大影响的能力,可以获得更有效的解决方案。
由于它们在设计阶段足够早,GGB能够推荐纤维增强复合材料(FRC)轴承进行测试。选择FRC轴承的好处包括宽的工作温度范围,与关键航空流体的化学兼容性,高负载能力,冲击负载性能,以及自润滑衬套在内径或外径上的能力,或在必要时两者兼有。此外,轴承可以用比标准更厚的壁缠绕,使单独的壳体成为不必要的。
埃文斯说:“尽早进入公司,从一开始就被告知需要什么,这是最理想的。”“这使我们能够为该应用选择最好的材料,并与客户合作,为每个人创造最好的制造工艺。值得庆幸的是,这是大多数情况下发生的情况,但有时我们进入较晚,这意味着试图将东西扔到一个不理想的空间。”
在过去的几年里,航空航天业一直致力于减轻飞机重量以降低燃料成本。与轴承一样,起落架通常不是飞机设计中减轻重量的主要重点。然而,使用GGB的FRC产品每减轻一磅重量就可以节省大量资金,根据飞机的不同,一些专家估计每磅可节省约500美元。
虽然GGB的DU-B金属聚合物,青铜衬底,PTFE滑动轴承是行业标准,但Evans和她的团队现在正在研究FRC轴承用于更新的设计和开发。它们更适合要求更轻材料的产品规格,并且可以在不涂油的情况下使用更长的时间。
埃文斯说:“尽早加入可以让我们的一切对所有参与者来说都更具成本效益。”“当我们进入较晚的时候,没有进行早期的设计审查,制造成本就会上升,客户就会支付更多的费用。在仍有机会改进设计的时候,尽早介入会更有效。”
了下:轴承的建议

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