Rodamientos extremadamente silenciosos, diseño extremadamente eficiente: colaboración con clientes en materia de NVH

Pericia

Rodamientos extremadamente silenciosos, diseño extremadamente eficiente: colaboración con clientes en materia de NVH

Victor Li, Especialista Senior en Ingeniería de NVH

Todo el mundo sabe que un rodamiento silencioso es un rodamiento de calidad. Cuánto más preciso es el ajuste de un rodamiento en su soporte, más equilibrados e indetectables son sus movimientos, y más probable será que dure años.

Durante la última década, los fabricantes de equipos originales (OEM, por sus siglas en inglés) han incorporado cada vez más requisitos de sonido a las especificaciones de los rodamientos para aplicaciones industriales generales.

“En muchos casos, los clientes están preocupados por los problemas que podría generar en el rendimiento de un sistema más grande la vibración a causa del ruido”, indica Victor Li, Especialista Senior en Ingeniería de NVH de Timken. En otros casos, sostiene, las nuevas regulaciones gubernamentales desempeñan un papel importante, ya que protegen la audición de los operadores que trabajan con equipo pesado o reducen la contaminación sonora en comunidades residenciales.

Para ayudar a cumplir con los estrictos requisitos de ruido, vibración y aspereza (NVH, por su sigla en inglés) y, al mismo tiempo, reducir los costos durante la vida útil del rodamiento, el equipo de Investigación y Desarrollo (R&D, por sus siglas en inglés) de Timken continúa haciendo considerables inversiones en el campo. Cuando Li se unió a Timken en 2012, comenzó a trabajar en herramientas de software que los ingenieros de Timken pudieran utilizar para simular el ruido y la vibración en las etapas iniciales del diseño, y así ayudar a que el proceso de desarrollo de rodamientos con un nivel bajo de NVH sea más eficiente y preciso.

Desarrollo del software de simulación de NVH de Timken

Un rodamiento silencioso es un rodamiento de calidad, pero… ¿cuál es la diferencia entre un rodamiento que vibra y hace ruido y uno que no lo hace? Praveen Pauskar, Técnico y Líder de Grupo de Timken, explica que cuando se logra ver más allá de lo que se puede observar a simple vista, queda claro que no existe una superficie perfectamente plana y lisa. Todo está sujeto a un cierto nivel de variación durante el proceso de fabricación.

“Siempre hay ondulación o curvatura en la superficie, junto con un poco de rugosidad”, indica. “Los ingenieros de Timken pueden controlar el nivel de ondulación o rugosidad, pero generalmente cuanto mayor es la precisión, más costoso es el proceso de fabricación”.

Por lo tanto, el desafío es diseñar rodamientos que cumplan con los requisitos de rendimiento y, al mismo tiempo, se mantengan dentro de los parámetros de fabricación razonables. Sin software de simulación, los ingenieros se ven obligados a llevar a cabo un proceso repetitivo durante el diseño de rodamientos: fabricar la partes físicas, ponerlas en una plataforma de prueba y medir el nivel de NVH.

Después de algunas investigaciones de los clientes, Li comenzó a medir el ruido y la vibración de los rodamientos en el laboratorio de pruebas de sonido, y utilizó los datos para diseñar un software de modelado con el cual los diseñadores pudieran encontrar el nivel óptimo de NVH con mayor rapidez y precisión. Primero, fue una herramienta de modelado dinámico basado en el dominio temporal que funcionaba bien, pero a veces se necesitaban dos días enteros para una sola simulación.

Para agilizar el análisis, Li pasó a desarrollar un modelo basado en el dominio frecuencial: lo que hoy es el Sistema de Prueba de Sonido Virtual (VSTS, Virtual Sound Test System) de Timken.

Plazos de entrega más cortos. Rodamientos más precisos de alta calidad

Después de un año de pruebas exitosas, el equipo comenzó a utilizar el VSTS con los clientes. El primero fue un fabricante cuyo equipo de diseño había solicitado especificaciones estrictas para cada componente del rodamiento, desde los anillos internos y externos hasta los rodillos individuales.

Juntos, los equipos de Ingeniería Personalizada y de Ventas de Timken trabajaron con el de R&D para ejecutar las simulaciones del VSTS en los escenarios del diseño del cliente. Presentaron los resultados como evidencia de que el rendimiento del rodamiento alternativo propuesto por Timken sería igual o mejor que el del rodamiento solicitado por el cliente.

Predicción de NVH al nivel del sistema

Como herramienta de ingeniería simultánea, el VSTS les permite a los ingenieros de Timken trabajar con diseñadores de OEM en las etapas iniciales del desarrollo del producto. “Podemos simular todas las características del diseño de un rodamiento, girarlo a diferentes velocidades y con diversas cargas. Podemos simular la forma en que giran los anillos internos y externos, y las condiciones de trabajo típicas del caso de uso”, explica Li.

Li sostiene que cuando se combinan todos los datos obtenidos con el VSTS, se puede simular el ruido y la vibración de sistemas enteros, en lugar de solo un rodamiento. La predicción de NVH al nivel del sistema facilita la colaboración con los diseñadores de OEM, que generalmente no proporcionan todos los detalles del diseño de su caso de uso cuando solicitan rodamientos.

“El primer paso siempre es validar el modelo del VSTS para el cliente para mostrarle lo bien que la simulación coincide con la realidad”, afirma Li. Para lograrlo, hace una pequeña abolladura en la superficie de un anillo o el cuerpo del rodillo. Luego, mide la abolladura en el laboratorio metrológico y utiliza esa medición para crear el modelo que predice la vibración. Por último, utiliza un sofisticado equipo de prueba de sonido en los laboratorios de R&D para validar los resultados del VSTS.

Colaboración con clientes para resolver problemas de NVH

Los equipos de prueba de sonido que Timken incorporó recientemente amplían la capacidad de la empresa de probar rodamientos más grandes de hasta 60,96 cm (24 in) de D. E. (diámetro exterior) en rodamientos cónicos, cilíndricos y esféricos, además de rodamientos de bolas. “Estamos desarrollando un conjunto de capacidades avanzadas en materia de NVH”, indica Ryan Evans, Director de Investigación y Desarrollo de Timken.

“El equipo de diagnóstico de NVH es como un electrocardiograma para máquinas”, sostiene. Con él, Li puede analizar el sonido en el lugar o mediante una grabación de audio para medir el rendimiento en cuanto a NVH e identificar de dónde provienen los sonidos. “Con la experiencia de Victor y estas herramientas, Timken le ofrece a los clientes una forma única de abordar los problemas de NVH, estén o no relacionados específicamente con los rodamientos”, explica Evans.

“En Timken, nos interesa ayudar a los clientes en el lugar de trabajo con análisis de sonido y en la oficina con la simulación del VSTS”, afirma. “Cubrimos todo el espectro. A medida que los clientes se preocupan cada vez más por las cuestiones de NVH, Timken está ansioso por colaborar con ellos para superar los desafíos que presentan para todas las industrias con las que trabajamos”.