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Optimización de rodamientos para aplicaciones desafiantes

Agregar nuevas características de diseño o aplicar técnicas y recubrimientos especiales a los componentes de los rodamientos puede optimizar el rendimiento de los rodamientos para aplicaciones desafiantes, proporcionando soluciones de rodamientos únicas para los problemas de los clientes, dice Nick Dowding, gerente de desarrollo comercial de The Barden Corporation (UK) Ltd.

Hay muchas características y técnicas de diseño diferentes que se pueden aplicar a un rodamiento para optimizar y mejorar su rendimiento a fin de cumplir con aplicaciones particularmente desafiantes (es decir, alta velocidad, alta temperatura, condiciones de operación rigurosas). Estas técnicas incluyen recubrimientos aplicados, la alteración de la geometría de un componente de rodamiento específico o el reemplazo de materiales de rodamientos convencionales con alternativas de alto rendimiento.

Plateado de jaulas metálicas
En algunas aplicaciones de alta velocidad y alta temperatura, las jaulas de acero se pueden recubrir con plata para mejorar el rendimiento y la confiabilidad de la lubricación. El plateado mejora la lubricidad del rodamiento, lo que lo hace más robusto y resistente a los eventos de pérdida de aceite. En el caso de falla / inanición del lubricante, el plateado actúa como un lubricante sólido y seco, lo que permite que el rodamiento continúe funcionando durante un corto período de tiempo o en una situación de emergencia. Los ejemplos de aplicación incluyen rodamientos y rodamientos de generador de arranque aeroespacial para unidades de aire acondicionado en trenes.

Rodamientos híbridos de cerámica
Para aplicaciones de alta velocidad, reemplazar las bolas de acero con bolas de cerámica (nitruro de silicio) puede mejorar radicalmente el rendimiento del rodamiento de varias maneras. Primero, dado que las bolas de cerámica son mucho más livianas que las de acero, reducen las fuerzas centrífugas y mejoran las condiciones dinámicas mientras que su acabado superficial es casi perfecto, presentan niveles de vibración de dos a siete veces inferiores a los rodamientos de bolas de acero convencionales. A velocidades más altas, la carga interna en el rodamiento también se reduce.

En segundo lugar, los rodamientos híbridos de cerámica también funcionan a temperaturas de funcionamiento significativamente más bajas, lo que, junto con la masa más baja, permite que las velocidades de funcionamiento aumenten hasta en un 40-50%. Las temperaturas de operación más bajas y la acumulación de calor reducido dentro del rodamiento ayudan a extender la vida útil del lubricante, a veces hasta cinco veces más que los rodamientos de bolas de acero convencionales.

Ejemplos de aplicaciones para cojinetes híbridos de cerámica incluyen bombas de vacío de alta velocidad, herramientas manuales médicas / quirúrgicas y ventiladores y generadores aeroespaciales.

materiales
En tecnología de materiales, se pueden seleccionar los materiales de rodamientos más apropiados para maximizar el rendimiento del rodamiento. Los materiales de anillo especiales se utilizan con éxito en aplicaciones aeroespaciales y no aeroespaciales, combinando una resistencia superior a la corrosión y al desgaste con la capacidad de soportar cargas dinámicas más altas que los aceros para cojinetes convencionales. Cuando se utiliza junto con bolas de cerámica, se pueden lograr mejoras significativas en la vida y el rendimiento del rodamiento.

Los materiales del anillo se pueden optimizar para aplicaciones específicas. Los cuatro materiales de anillo predominantes utilizados por Barden son AISI 440C (acero resistente a la corrosión), SAE 52100, AISI M50 y Cronidur 30®. Para aplicaciones a altas temperaturas (hasta 345 ° C), el acero para herramientas AISI M50 o una versión templada especial de Cronidur 30® son adecuadas y se utilizan ampliamente en aplicaciones de accesorios aeroespaciales de alta temperatura, como sistemas de válvulas de purga en aviones.

Cronidur 30® es un acero martensítico a prueba de endurecimiento, alto contenido de nitrógeno y resistente a la corrosión que también puede ser endurecido por inducción. Este material mejora la resistencia a la corrosión y mejora la resistencia a la fatiga y al desgaste.

Rodamientos completos
Los rodamientos complementados aprovechan el espacio normalmente ocupado por el retén de bola. Esto permite más bolas, lo que a su vez proporciona un aumento en la capacidad de carga, ya sea predominantemente radial, en el caso de diseños de muescas de relleno, o axial y en el caso de diseños de contacto angular. El uso de pares de contactos angulares precargados también permite aplicar cargas axiales bidireccionales. Las aplicaciones aquí varían desde válvulas de alta temperatura para aplicaciones aeroespaciales, hasta soportes de aletas de misiles y rodamientos de contacto de emergencia.

Revestimientos submicrométricos
El papel de la ingeniería de superficies en la tecnología de rodamientos también es cada vez más importante a medida que los rodamientos se vuelven progresivamente más pequeños, pero aún se requiere que corran más rápido, a temperaturas más altas, carguen más y funcionen de manera confiable por períodos más largos. Los recubrimientos avanzados y los tratamientos de superficie se pueden aplicar a los rodamientos que combaten la fricción, evitan la corrosión y reducen el desgaste, incluso en las condiciones de operación más duras. Los beneficios resultantes son una mayor densidad de potencia, un mejor rendimiento, un comportamiento del rodamiento más predecible / consistente (particularmente en entornos hostiles), menores costos de operación e intervalos de servicio más largos.

Los revestimientos submicrométricos (pulverizados) multicapa, por ejemplo, se pueden emplear para mejorar las características físicas y tribológicas de las superficies de apoyo. El éxito de tales técnicas se basa en la evitación de capas distintas mediante la generación de una interfaz graduada o difusa entre diferentes materiales. De forma similar, las capas de codificación tales como níquel o cobre se usan frecuentemente para mejorar la adhesión de películas blandas a sustratos duros o pasivados.

Los recubrimientos submicrométricos se pueden aplicar a las superficies internas y externas de los anillos del rodamiento y los elementos rodantes si es necesario. Por ejemplo, el disulfuro de molibdeno (MOS2) o el disulfuro de tungsteno (WS2) pueden recubrirse por pulverización catódica con la superficie de los componentes del cojinete para hacer que el comportamiento del cojinete sea más predecible en entornos hostiles.

Polímeros especiales
En algunas aplicaciones de alta velocidad, los separadores de bolas o las jaulas pueden suministrarse en materiales poliméricos especiales. Estos componentes están impregnados al vacío con aceite para aumentar la vida del rodamiento. El material polimérico especial retiene el aceite de forma controlada cuando está impregnado al vacío. Los ejemplos de aplicación incluyen rodamientos para giroscopios de alta velocidad. Se pueden proporcionar otros polímeros especiales para entornos hostiles de alta velocidad donde los rodamientos requieren una alta resistencia a los productos químicos o al ataque térmico.

Agregar valor a través de nuevas características de diseño
La presión para reducir los costos en todas las áreas de fabricación significa que la integración de los sistemas de rodamientos en los componentes de acoplamiento es cada vez más común. Los ensamblajes resultantes son más nítidos, más compactos, más rápidos de ensamblar y ofrecen los beneficios adicionales de reducir el espacio y la masa, a la vez que resuelven los problemas de tolerancia acumulada.

Se pueden incorporar características especiales de diseño en el rodamiento para mejorar su rendimiento. Estas características incluyen bridas, ejes y carcasas, que hacen que el ajuste sea más fácil, más rápido y más preciso, lo que a su vez reduce el tiempo de montaje y los costos generales de operación.

Informador de la industria de procesos

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