O aumento da demanda para mellorar a fiabilidade en toda a industria significa que os enxeñeiros deben considerar todos os compoñentes dos seus equipos.Os sistemas de rodamentos son pezas críticas nunha máquina e a súa falla pode ter consecuencias catastróficas e custosas.O deseño do rodamento ten un gran impacto na fiabilidade, especialmente en condicións de funcionamento extremas, incluíndo temperaturas altas ou baixas, baleiro e atmosferas corrosivas.Este artigo describe as consideracións que se deben tomar ao especificar rodamentos para ambientes desafiantes, para que os enxeñeiros poidan garantir unha alta fiabilidade e un excelente rendemento de longa vida útil dos seus equipos.

Un sistema de rodamentos comprende moitos elementos, incluíndo bolas, aneis, gaiolas e lubricación, por exemplo.Os rodamentos estándar normalmente non resisten os rigores dos ambientes duros, polo que hai que ter en conta as pezas individuais.Os elementos máis importantes son a lubricación, os materiais e os tratamentos térmicos especiais ou revestimentos e, observando cada factor, significa que os rodamentos poden configurarse mellor para a aplicación.

Operando a alta temperatura

As aplicacións de alta temperatura, como as utilizadas nos sistemas de actuación na industria aeroespacial, poden presentar retos para os rodamentos estándar.Ademais, as temperaturas están aumentando nos equipos a medida que as unidades son cada vez máis pequenas e aumentan a densidade de potencia, o que supón un problema para o rodamento medio.

Lubricación

A lubricación é unha consideración importante aquí.Os aceites e as graxas teñen temperaturas máximas de funcionamento, momento no que comezarán a degradarse e a evaporarse rapidamente, provocando un fallo dos rodamentos.As graxas estándar adoitan limitarse a unha temperatura máxima duns 120 °C e algunhas graxas convencionais para altas temperaturas son capaces de resistir temperaturas de ata 180 °C.

Non obstante, para aplicacións que requiren temperaturas aínda máis altas, están dispoñibles graxas lubricantes fluoradas especiais e pódense acadar temperaturas superiores a 250 °C.Cando a lubricación líquida non é posible, a lubricación sólida é unha opción que permite un funcionamento fiable a baixa velocidade a temperaturas aínda máis altas.Neste caso recoméndase como lubricantes sólidos o bisulfuro de molibdeno (MOS2), o disulfuro de wolframio (WS2), o grafito ou o politetrafluoroetileno (PTFE), xa que poden tolerar temperaturas moi elevadas durante períodos máis longos.

Materiais

Cando se trata de temperaturas superiores a 300 °C, son necesarios materiais especiais de anel e bola.AISI M50 é un aceiro de alta temperatura que normalmente se recomenda xa que presenta unha alta resistencia ao desgaste e á fatiga a altas temperaturas.O BG42 é outro aceiro de alta temperatura que ten unha boa dureza en quente a 300 °C e que se especifica habitualmente xa que ten altos niveis de resistencia á corrosión e tamén é menos susceptible á fatiga e ao desgaste a temperaturas extremas.

Tamén son necesarias gaiolas de alta temperatura e pódense subministrar en materiais poliméricos especiais, incluíndo PTFE, poliimida, poliamida-imida (PAI) e poliéter-éter-cetona (PEEK).Para sistemas lubricados con aceite de alta temperatura, as gaiolas de rodamentos tamén se poden fabricar en bronce, latón ou aceiro chapado en prata.

Revestimentos e tratamento térmico

Pódense aplicar revestimentos e tratamentos de superficie avanzados aos rodamentos para combater a fricción, evitar a corrosión e reducir o desgaste, mellorando así o rendemento dos rodamentos a altas temperaturas.Por exemplo, as gaiolas de aceiro pódense recubrir con prata para mellorar o rendemento e a fiabilidade.No caso de fallo ou inanición do lubricante, a placa de prata actúa como un lubricante sólido, permitindo que o rodamento siga funcionando durante un curto período de tempo ou nunha situación de emerxencia.

Fiabilidade a baixa temperatura

No outro extremo da escala, as baixas temperaturas poden ser problemáticas para os rodamentos estándar.

Lubricación

En aplicacións de baixa temperatura, por exemplo, aplicacións de bombeo crioxénico con temperaturas na rexión de -190 °C, as lubricacións con aceite vólvense cerosas, producindo un fallo dos rodamentos.A lubricación sólida como MOS2 ou WS2 son ideais para mellorar a fiabilidade.Ademais, nestas aplicacións, o medio que se bombea pode actuar como lubricante, polo que os rodamentos deben estar especialmente configurados para funcionar a estas baixas temperaturas utilizando materiais que funcionen ben co medio.

Materiais

Un material que se pode utilizar para mellorar a vida útil dun rodamento e a súa resistencia ao desgaste é o SV30®, un aceiro martensítico endurecido, con alto nivel de nitróxeno e resistente á corrosión.Tamén se recomendan as bolas de cerámica xa que ofrecen un rendemento superior.As propiedades mecánicas inherentes do material significan que proporcionan un excelente funcionamento en malas condicións de lubricación e é moito máis adecuado para funcionar de forma fiable a baixas temperaturas.

Tamén se debe escoller o material da gaiola para que sexa o máis resistente posible ao desgaste e as boas opcións aquí inclúen PEEK, policlorotrifluoroetileno (PCTFE) e plásticos PAI.

Tratamento térmico

Os aneis deben ser especialmente tratados térmicamente para mellorar a estabilidade dimensional a baixas temperaturas.

Deseño interno

Outra consideración para traballar a baixas temperaturas é o deseño interno do rodamento.Os rodamentos están deseñados cun nivel de xogo radial, pero a medida que se reduce a temperatura, os compoñentes dos rodamentos sofren contracción térmica e, polo tanto, a cantidade de xogo radial redúcese.Se o nivel de xogo radial redúcese a cero durante o funcionamento, isto producirase un fallo dos rodamentos.Os rodamentos destinados a aplicacións a baixa temperatura deberían deseñarse con máis xogo radial a temperatura ambiente para permitir un nivel aceptable de xogo radial operativo a baixas temperaturas.

Manexo da presión do baleiro

En ambientes de baleiro ultra alto, como os que están presentes na fabricación de produtos electrónicos, semicondutores e LCDs, a presión pode ser inferior a 10-7 mbar.Os rodamentos de baleiro ultra-alto úsanse normalmente en equipos de actuación no entorno de fabricación.Outra aplicación típica de baleiro son as bombas turbomoleculares (TMP) que xeran o baleiro para ambientes de fabricación.Nesta última aplicación, os rodamentos adoitan estar obrigados a traballar a alta velocidade.

Lubricación

A lubricación nestas condicións é fundamental.Con baleiros tan altos, as graxas de lubricación estándar evaporan e tamén se desgasifican, e a falta dunha lubricación eficaz pode producir fallos dos rodamentos.Polo tanto, é necesario utilizar unha lubricación especial.Para ambientes de alto baleiro (ata aproximadamente 10-7 mbar) pódense utilizar graxas PFPE xa que teñen unha resistencia á evaporación moito maior.Para ambientes de baleiro ultra-alto (10-9 mbar e por debaixo), é necesario utilizar lubricantes sólidos e revestimentos.

Para ambientes de baleiro medio (ao redor de 10-2 mbar), cun deseño coidadoso e selección de graxa especial para o baleiro, pódense utilizar sistemas de rodamentos que ofrecen unha longa vida útil de máis de 40.000 horas (aproximadamente 5 anos) de uso continuo e funcionan a altas velocidades. conseguido.

Resistencia á corrosión

Os rodamentos destinados a ser utilizados nun ambiente corrosivo deben estar especialmente configurados xa que poden estar expostos a ácidos, álcalis e auga salgada entre outros produtos químicos corrosivos.

Materiais

Os materiais son unha consideración vital para ambientes corrosivos.Os aceiros de rodamentos estándar se corroen facilmente, o que provoca un fallo precoz dos rodamentos.Neste caso, débese considerar o material do anel SV30 con bólas cerámicas xa que son altamente resistentes á corrosión.De feito, os estudos demostraron que o material SV30 pode durar moitas veces máis que outro aceiro resistente á corrosión nun ambiente de pulverización salina.Nas probas controladas de pulverización de sal, o aceiro SV30 só mostra leves sinais de corrosión despois de 1.000 horas de proba de pulverización de sal (ver gráfico 1) e a alta resistencia á corrosión do SV30 vese claramente nos aneis de proba.Tamén se poden usar materiais cerámicos especiais de bolas como o circonio e o carburo de silicio para aumentar aínda máis a resistencia do rodamento ás substancias corrosivas.

Obtendo máis da lubricación dos medios

O ambiente desafiante final son as aplicacións nas que o medio actúa como lubricante, por exemplo, refrixerantes, auga ou fluídos hidráulicos.En todas estas aplicacións, o material é a consideración máis importante e a miúdo atopouse que os rodamentos híbridos de cerámica SV30 proporcionan a solución máis práctica e fiable.

Conclusión

Os ambientes extremos presentan moitos retos operativos para os rodamentos estándar, polo que fai que fallen prematuramente.Nestas aplicacións, os rodamentos deben configurarse coidadosamente para que sexan axeitados para o seu propósito e proporcionen un excelente rendemento duradeiro.Para garantir unha alta fiabilidade dos rodamentos, débese prestar especial atención á lubricación, materiais, revestimentos de superficie e tratamento térmico.