L'augment de la demanda per millorar la fiabilitat a tota la indústria significa que els enginyers han de tenir en compte tots els components dels seus equips.Els sistemes de coixinets són peces crítiques en una màquina i la seva fallada podria tenir conseqüències catastròfiques i costoses.El disseny del coixinet té un impacte important en la fiabilitat, especialment en condicions de funcionament extremes, com ara temperatures altes o baixes, buit i atmosferes corrosives.Aquest article descriu les consideracions a tenir en compte a l'hora d'especificar coixinets per a entorns difícils, de manera que els enginyers puguin garantir una alta fiabilitat i un excel·lent rendiment de llarga vida dels seus equips.

Un sistema de coixinets consta de molts elements, com ara boles, anells, gàbies i lubricació, per exemple.Els coixinets estàndard no solen suportar els rigors dels entorns durs i, per tant, s'ha de tenir una consideració especial a les peces individuals.Els elements més importants són la lubricació, els materials i els tractaments tèrmics especials o recobriments, i mirant cada factor significa que els coixinets es poden configurar millor per a l'aplicació.

Funcionant a alta temperatura

Les aplicacions d'alta temperatura, com les que s'utilitzen en sistemes d'accionament dins de la indústria aeroespacial, poden presentar reptes per als coixinets estàndard.A més, les temperatures augmenten als equips a mesura que les unitats es fan cada cop més petites i augmenten la densitat de potència, i això suposa un problema per al coixinet mitjà.

Lubricació

La lubricació és una consideració important aquí.Els olis i greixos tenen temperatures màximes de funcionament, moment en què començaran a degradar-se i evaporar-se ràpidament, provocant una fallada dels coixinets.Els greixos estàndard sovint es limiten a una temperatura màxima d'uns 120 °C i alguns greixos convencionals d'alta temperatura són capaços de resistir temperatures de fins a 180 °C.

Tanmateix, per a aplicacions que requereixen temperatures encara més altes, hi ha disponibles greixos lubricants fluorats especials i es poden assolir temperatures superiors a 250 °C.Quan la lubricació líquida no és possible, la lubricació sòlida és una opció que permet un funcionament fiable a baixa velocitat a temperatures encara més altes.En aquest cas, es recomana com a lubricants sòlids el bisulfur de molibdè (MOS2), el disulfur de tungstè (WS2), el grafit o el politetrafluoroetilè (PTFE), ja que poden tolerar temperatures molt elevades durant períodes de temps més llargs.

Materials

Quan es tracta de temperatures superiors als 300 °C, calen materials especials d'anell i boles.AISI M50 és un acer d'alta temperatura que normalment es recomana, ja que presenta una gran resistència al desgast i a la fatiga a altes temperatures.El BG42 és un altre acer d'alta temperatura que té una bona duresa calenta a 300 °C i s'especifica habitualment ja que té alts nivells de resistència a la corrosió i també és menys susceptible a la fatiga i al desgast a temperatures extremes.

També es requereixen gàbies d'alta temperatura i es poden subministrar en materials polímers especials, com ara PTFE, poliimida, poliamida-imida (PAI) i polièter-èter-cetona (PEEK).Per a sistemes lubricats amb oli d'alta temperatura, també es poden fabricar gàbies de coixinets amb bronze, llautó o acer platejat.

Recobriments i tractament tèrmic

Es poden aplicar recobriments i tractaments superficials avançats als coixinets per combatre la fricció, prevenir la corrosió i reduir el desgast, millorant així el rendiment del coixinet a altes temperatures.Per exemple, les gàbies d'acer es poden revestir de plata per millorar el rendiment i la fiabilitat.En el cas de fallada/inanició del lubricant, el platejat actua com un lubricant sòlid, permetent que el coixinet continuï funcionant durant un curt període de temps o en una situació d'emergència.

Fiabilitat a baixa temperatura

A l'altre extrem de l'escala, les baixes temperatures poden ser problemàtiques per als coixinets estàndard.

Lubricació

En aplicacions de baixa temperatura, per exemple, aplicacions de bombeig criogènic amb temperatures al voltant de -190 °C, les lubricacions d'oli es tornen ceroses, donant lloc a una fallada dels coixinets.La lubricació sòlida com MOS2 o WS2 són ideals per millorar la fiabilitat.A més, en aquestes aplicacions, el medi que s'està bombejant pot actuar com a lubricant, de manera que els coixinets s'han de configurar especialment per funcionar a aquestes baixes temperatures utilitzant materials que funcionen bé amb el medi.

Materials

Un material que es pot utilitzar per millorar la vida a la fatiga i la resistència al desgast d'un coixinet és SV30®, un acer martensític endurit, amb alt nitrogen i resistent a la corrosió.També es recomanen les boles de ceràmica, ja que ofereixen un rendiment superior.Les propietats mecàniques inherents del material fan que proporcionen un funcionament excel·lent en condicions de lubricació pobres i és molt més adequat per funcionar de manera fiable a baixes temperatures.

El material de la gàbia també s'ha de triar perquè sigui el més resistent al desgast possible i les bones opcions aquí inclouen PEEK, policlorotrifluoroetilè (PCTFE) i plàstics PAI.

Tractament tèrmic

Els anells han de rebre un tractament tèrmic especial per millorar l'estabilitat dimensional a baixes temperatures.

Disseny intern

Una altra consideració per treballar a baixes temperatures és el disseny intern del coixinet.Els coixinets estan dissenyats amb un nivell de joc radial, però a mesura que la temperatura es redueix, els components dels coixinets experimenten una contracció tèrmica i, per tant, es redueix la quantitat de joc radial.Si el nivell de joc radial es redueix a zero durant el funcionament, això provocarà una fallada del coixinet.Els coixinets destinats a aplicacions de baixa temperatura s'han de dissenyar amb més joc radial a temperatura ambient per permetre un nivell acceptable de joc radial de funcionament a baixes temperatures.

Maneig de la pressió del buit

En entorns de buit ultra alt com els que estan presents en la fabricació d'electrònica, semiconductors i LCD, la pressió pot ser inferior a 10-7 mbar.Els coixinets de buit ultra alt s'utilitzen normalment en equips d'accionament a l'entorn de fabricació.Una altra aplicació de buit típica són les bombes turbomoleculars (TMP) que generen el buit per als entorns de fabricació.En aquesta darrera aplicació, sovint es requereix que els coixinets funcionin a gran velocitat.

Lubricació

La lubricació en aquestes condicions és clau.En buits tan alts, els greixos de lubricació estàndard s'evaporen i també es desprenen, i la manca d'una lubricació efectiva pot provocar una fallada dels coixinets.Per tant, cal utilitzar una lubricació especial.Per a entorns d'alt buit (fins a aproximadament 10-7 mbar) es poden utilitzar greixos PFPE ja que tenen una resistència a l'evaporació molt més alta.Per a entorns de buit ultra alt (10-9 mbar i per sota), cal utilitzar lubricants sòlids i recobriments.

Per a entorns de buit mitjà (al voltant de 10-2 mbar), amb un disseny acurat i selecció de greixos especials al buit, es poden utilitzar sistemes de coixinets que ofereixen una llarga vida útil de més de 40.000 hores (aproximadament 5 anys) d'ús continuat i funcionen a altes velocitats. aconseguit.

Resistencia a la corrosió

Els coixinets destinats a ser utilitzats en un entorn corrosiu s'han de configurar especialment, ja que poden estar exposats potencialment a àcids, àlcalis i aigua salada, entre altres productes químics corrosius.

Materials

Els materials són una consideració vital per als ambients corrosius.Els acers dels coixinets estàndard es corroeixen fàcilment, donant lloc a una fallada primerenca del coixinet.En aquest cas, s'ha de tenir en compte el material de l'anell SV30 amb boles ceràmiques, ja que són altament resistents a la corrosió.De fet, els estudis han demostrat que el material SV30 pot durar moltes vegades més que un altre acer resistent a la corrosió en un entorn de polvorització de sal.En les proves controlades d'esprai salin, l'acer SV30 només mostra lleugers signes de corrosió després de 1.000 hores de proves d'esprai de sal (vegeu el gràfic 1) i l'alta resistència a la corrosió de l'SV30 es veu clarament als anells de prova.També es poden utilitzar materials especials de boles ceràmiques com ara la zirconia i el carbur de silici per augmentar encara més la resistència d'un coixinet a les substàncies corrosives.

Aconseguint més de la lubricació dels mitjans

L'entorn desafiant final són les aplicacions on el medi actua com a lubricant, per exemple, refrigerants, aigua o fluids hidràulics.En totes aquestes aplicacions, el material és la consideració més important, i sovint s'ha trobat que els coixinets híbrids de ceràmica SV30 ofereixen la solució més pràctica i fiable.

Conclusió

Els entorns extrems presenten molts reptes operatius per als coixinets estàndard, la qual cosa fa que fallin prematurament.En aquestes aplicacions, els coixinets s'han de configurar acuradament perquè s'adaptin al seu propòsit i ofereixin un rendiment excel·lent i durador.Per garantir una alta fiabilitat dels coixinets, s'ha de prestar especial atenció a la lubricació, els materials, els recobriments superficials i el tractament tèrmic.