Cuscinetti Ibridi in Ceramica

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Cuscinetti Ibridi in Ceramica

CHE COS’E’ UN CUSCINETTO IBRIDO

Il Cuscinetto Ibrido è una combinazione di diversi materiali costruttivi, in particolare:
– sfere in ceramica
– anelli di acciaio o sfere di acciaio
– anelli ricoperti di ceramica
Può essere in due tipologie:
– Sfere in Ceramica o
– Anelli ricoperti in Ceramica

Materiale costruttivo

Il Silicon Nitride (Si3N4) è un materiale con un basso coefficiente di attrito, un 50% di elasticità in più rispetto all’acciaio, una maggior durevolezza alla corrosione ed alle sostanze chimiche ed è inoltre un buon isolatore elettrico.

Le principali applicazioni

  • Industria Aeronautica e Aerospaziale (Turbine a gas)
    Motori elettrici
  • Scatole ad ingranaggi
  • Pompe
  • Macchine utensili
  • Compressori
  • Soprattutto per applicazioni ad alta velocità e ad alta temperatura presenta minori vibrazioni e prestazioni superiori

Tabella Comparativa Cuscinetto in Acciao/Ceramico

 CuscinettoAcciaioCeramico (Si3N4)
Modulo di Elasticità [MPa]207000310000
Rapporto Poisson0,30,29
Resistenza alla Trazione[Mpa]800800
Resistenza alla Compressione[Mpa]8803000
Durezza Hv10 [kg/mm2]7001600
Resistenza Elettrica[Ωm]0,4 x 10^-610^12
Dilatazione Termica

Coeff. [10^-6/K]

123
Densità [g/cm3]7,873,2

I principali vantaggi

  • Leggerezza
  • Maggiore durezza
  • Migliori parametri di superficie
  • Isolamento Elettrico
  • Espansione termica inferiore
  • Minor bisogno di lubrificazione rispetto al cuscinetto in acciaio
  • Resistenza alle sostanze chimiche e alla corrosione
  • Non-magnetico
  • Maggior durata per alcune applicazioni

Leggerezza

Ad alte velocità di rotazione, a causa delle forze centrifughe, aumenta il carico sulla pista dell’anello esterno. Mentre il cuscinetto è in movimento, le sfere rotolano e scivolano sulle piste. La forza di attrito del movimento di scorrimento è sempre maggiore del movimento di rotolamento. Per i cuscinetti Ibridi, a causa delle forze centrifughe diminuite, la quantità di movimento di scorrimento diminuisce, il che influenza positivamente il momento di attrito del cuscinetto. Grazie a questi vantaggi i cuscinetti a sfere in ceramica possono funzionare ad una velocità maggiore del 30-50%.

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Durezza

Grazie alla durezza dei cuscinetti Ibridi, il 15-20% in più rispetto ai cuscinetti in acciaio, la deformazione sotto carico è più bassa, quindi la precisione sarà migliore.

stiffness

Parametri di superficie

Grazie ai parametri superficiali delle sfere ceramiche, il coefficiente di attrito migliora tra le superfici ceramica-metallo di circa un 20% rispetto alle superfici metallo-metallo. A causa della riduzione dell’attrito, saranno ridotte al minimo l’incremento della temperatura del cuscinetto, l’usura interna, la necessità di lubrificazione, il livello di rumore e la perdita di energia.

parametri-di-superficie

Resistenza all'usura

Essendo più dure le sfere in ceramica sono anche più resistenti all’usura. inoltre, i cuscinetti ibridi sono più durevoli in condizioni di ridotta lubrificazione ed in presenza di sporco o condizioni di pulizia più basse. Come si nota dal grafico, la perdita di peso, dovuta all’usura in condizioni di scarsa lubrificazione o sporco, dei cuscinetti in acciaio è notevolmente superiore rispetto ai cuscinetti ibridi.

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Isolamento elettrico

Per i motori elettrici, l’inevitabile asimmetria magnetica provoca la riduzione della tensione tra rotore e statore. Il circuito viene chiuso attraverso il cuscinetto e il tipo di danno esistente sulla pista è chiamato “fluting”. Le sfere in ceramica o il rivestimento ceramico possono prevenire questo tipo di problemi.

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isolamento-elettrico-2

Minore coefficiente di espansione termica

La minore espansione termica del materiale ceramico previene la degradazione della sensibilità dovuta alla diminuzione della variazione dell’angolo di contatto, tolleranza radiale che si basa sull’ espansione.

Svantaggi

Per le velocità di rotazione normali (~3000-4000rpm);
Per i cuscinetti Ibridi; a causa della maggiore durezza delle sfere ceramiche, l’area di contatto ellittica tra le sfere e la pista sotto carico diventa inferiore rispetto ai cuscinetti normali. Quindi lo stress di contatto aumenta e la vita del cuscinetto diminuisce.

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