L'aggiunta di nuove funzionalità di progettazione o l'applicazione di tecniche e rivestimenti speciali ai componenti dei cuscinetti può ottimizzare le prestazioni dei cuscinetti per applicazioni difficili, fornendo soluzioni di cuscinetti uniche ai problemi dei clienti, afferma Nick Dowding, Business Development Manager presso The Barden Corporation (UK) Ltd.
Aggiunta di valore e miglioramento delle prestazioni dei cuscinetti incorporando nuove caratteristiche di design come flange speciali, alberi e alloggiamenti.
Ottimizzare le prestazioni dei cuscinetti sostituendo i materiali dei cuscinetti tradizionali con materiali speciali per ambienti operativi ad alta velocità, alte temperature o difficili.
L'uso di rivestimenti superficiali come rivestimenti spruzzati submicronici per ottimizzare ulteriormente le prestazioni dei cuscinetti e per rendere il comportamento dei cuscinetti più prevedibile / coerente in ambienti difficili.
Esistono molte diverse caratteristiche e tecniche di progettazione che possono essere applicate a un cuscinetto per ottimizzarne e migliorarne le prestazioni al fine di soddisfare applicazioni particolarmente impegnative (ad esempio velocità elevata, temperatura elevata, condizioni operative difficili). Queste tecniche comprendono i rivestimenti applicati, l'alterazione della geometria di uno specifico componente del cuscinetto o la sostituzione di materiali di cuscinetti convenzionali con alternative ad alte prestazioni.
Placcatura in argento di gabbie metalliche
In alcune applicazioni ad alta velocità e ad alta temperatura, le gabbie in acciaio possono essere rivestite con argento per migliorare le prestazioni di lubrificazione e l'affidabilità. La placcatura d'argento migliora la lubrificazione del cuscinetto, rendendolo più robusto e resistente agli eventi oleosi. In caso di guasto / carenza di lubrificante, la placcatura in argento si comporta come un lubrificante solido e asciutto, consentendo al cuscinetto di continuare a funzionare per un breve periodo di tempo o in una situazione di emergenza. Esempi di applicazione includono cuscinetti del generatore di avviamento aerospaziale e cuscinetti per unità di condizionamento dell'aria sui treni.
Cuscinetti ibridi in ceramica
Per applicazioni ad alta velocità, la sostituzione delle sfere in acciaio con sfere in ceramica (nitruro di silicio) può migliorare radicalmente le prestazioni dei cuscinetti in diversi modi. In primo luogo, poiché le sfere in ceramica sono molto più leggere delle sfere in acciaio, riducono le forze centrifughe e migliorano le condizioni dinamiche mentre la loro finitura superficiale è quasi perfettamente liscia, presentano livelli di vibrazione da due a sette volte inferiori rispetto ai tradizionali cuscinetti a sfera in acciaio. A velocità più elevate, anche il carico interno nel cuscinetto è ridotto.
In secondo luogo, i cuscinetti ibridi in ceramica funzionano anche a temperature di esercizio significativamente più basse, il che in combinazione con la massa inferiore consente di aumentare le velocità di funzionamento fino al 40-50%. Le temperature operative più basse e il ridotto accumulo di calore all'interno del cuscinetto aiutano a prolungare la durata del lubrificante, a volte fino a cinque volte più a lungo rispetto ai tradizionali cuscinetti a sfera in acciaio.
Esempi di applicazioni per cuscinetti ibridi ceramici includono pompe per vuoto ad alta velocità, utensili manuali medico / chirurgici e ventilatori e generatori aerospaziali.
materiale
Nella tecnologia dei materiali, è possibile selezionare i materiali per cuscinetti più appropriati per massimizzare le prestazioni dei cuscinetti. Gli speciali materiali ad anello vengono utilizzati con successo in applicazioni aerospaziali e non aerospaziali, combinando una maggiore resistenza alla corrosione e all'usura con la capacità di sopportare carichi dinamici più elevati rispetto agli acciai per cuscinetti convenzionali. Se utilizzato in combinazione con sfere di ceramica, è possibile ottenere significativi miglioramenti nella durata e nelle prestazioni dei cuscinetti.
I materiali dell'anello possono essere ottimizzati per applicazioni specifiche. I quattro materiali per anelli predominanti utilizzati da Barden sono AISI 440C (acciaio resistente alla corrosione), SAE 52100, AISI M50 e Cronidur 30®. Per applicazioni ad alta temperatura (fino a 345 ° C) sono adatti acciaio per utensili AISI M50 o una speciale versione temprata di Cronidur 30® e sono ampiamente utilizzati nelle applicazioni accessorie aerospaziali ad alta temperatura come i sistemi di valvole di spurgo sugli aeromobili.
Cronidur 30® è un acciaio martensitico, altamente indurito, resistente all'azoto e resistente alla corrosione, che può anche essere temprato a induzione. Questo materiale migliora la resistenza alla corrosione e migliora la durata a fatica e la resistenza all'usura.
Cuscinetti a pieno riempimento
I cuscinetti a pieno riempimento capitalizzano lo spazio normalmente occupato dal fermo sferico. Ciò consente un numero maggiore di sfere, che a sua volta fornisce un aumento della capacità di carico, prevalentemente radiale, nel caso di riempimenti con intaglio, o assiale e nel caso di contatti angolari. L'uso di coppie di contatti angolari precaricati può anche consentire l'applicazione di carichi assiali bidirezionali. Le applicazioni qui vanno dalle valvole ad alta temperatura per applicazioni aerospaziali, ai supporti delle alette missilistiche e ai cuscinetti di emergenza.
Rivestimenti sub-micron
Il ruolo dell'ingegneria delle superfici nella tecnologia dei cuscinetti volventi sta diventando sempre più importante man mano che i cuscinetti diventano progressivamente più piccoli, ma sono ancora necessari per funzionare più velocemente, a temperature più elevate, trasportare carichi più elevati e funzionare in modo affidabile per periodi più lunghi. Rivestimenti e trattamenti superficiali avanzati possono essere applicati ai cuscinetti che combattono l'attrito, prevengono la corrosione e riducono l'usura, anche nelle condizioni operative più difficili. I vantaggi che ne derivano sono una maggiore densità di potenza, prestazioni migliorate, comportamento dei cuscinetti più prevedibile / coerente (in particolare in ambienti difficili), minori costi di gestione e intervalli di manutenzione più lunghi.
I rivestimenti multistrato sub-micron (sputtered), ad esempio, possono essere impiegati per migliorare le caratteristiche fisiche e tribologiche delle superfici portanti. Il successo di tali tecniche si basa sull'evitamento di strati distinti generando un'interfaccia graduale o diffusa tra materiali diversi. Allo stesso modo, strati chiave come nichel o rame sono spesso usati per migliorare l'adesione di pellicole morbide a substrati duri o passivati.
Se necessario, è possibile applicare rivestimenti sub-micron sulle superfici interne ed esterne degli anelli del cuscinetto e degli elementi volventi. Ad esempio, il bisolfuro di molibdeno (MOS2) o il bisolfuro di tungsteno (WS2) possono essere sputtered sulla superficie dei componenti del cuscinetto per rendere il comportamento del cuscinetto più prevedibile in ambienti difficili.
Polimeri speciali
In alcune applicazioni ad alta velocità, i separatori a sfera o le gabbie possono essere forniti in materiali polimerici speciali. Questi componenti sono impregnati sottovuoto di olio per aumentare la durata del cuscinetto. Lo speciale materiale polimerico trattiene l'olio in modo controllato quando impregnato sotto vuoto. Esempi di applicazione includono cuscinetti per giroscopi per aeromobili ad alta velocità. Altri polimeri speciali possono essere forniti per ambienti difficili ad alta velocità in cui i cuscinetti richiedono un'elevata resistenza agli agenti chimici o all'attacco termico.
Aggiungere valore attraverso nuove funzionalità di design
La pressione per ridurre i costi in tutte le aree di produzione significa che l'integrazione dei sistemi di cuscinetti nei componenti di accoppiamento sta diventando più comune. Gli assiemi risultanti sono più ordinati, più compatti, più veloci da assemblare e offrono i vantaggi aggiuntivi di ridurre lo spazio e la massa, risolvendo al contempo i problemi di tolleranza.
Caratteristiche speciali di progettazione possono essere incorporate nel cuscinetto per migliorarne le prestazioni. Queste caratteristiche includono flange, alberi e alloggiamenti, che rendono il montaggio più semplice, rapido e accurato, che a sua volta riduce i tempi di assemblaggio e i costi operativi complessivi.