Cojinetes híbridos cerámicos: avances en los viajes aéreos

Con más de un siglo de innovación en la industria aeroespacial , Timken ha permitido muchas novedades en la aviación, desde la invención de los helicópteros hasta los primeros alunizajes y alunizajes en Marte. En la actualidad, los ingenieros de Timken aplican su conocimiento especializado en la gestión de la fricción, la transmisión de potencia y la metalurgia para maximizar la confiabilidad en aplicaciones como extinción de incendios aérea y motores de aeronaves civiles.

Ahora, los diseñadores de aeronaves están ampliando los límites de lo que es posible para optimizar el rendimiento y lograr una eficiencia del siguiente nivel. Las capacidades de Timken en ingeniería y fabricación de rodamientos de rodillos cónicos y cilíndricos híbridos optimizarán el rendimiento de aviones y helicópteros para una nueva era de vuelo.

“Durante más de 120 años, hemos recopilado conocimientos sobre fricción, desgaste, lubricación y diseño de cojinetes en el contexto del material de acero. Se traduce bien en comprender las propiedades del nitruro de silicio y cómo podemos diseñar y fabricar con éxito con ambos”.

Juan Lowry
Ingeniero aeroespacial jefe

Cojinetes aeroespaciales híbridos: cruciales para aumentar la eficiencia
Impulsados por el deseo de conservar la energía, los costos y el medio ambiente, los clientes aeroespaciales desean extraer toda la eficiencia posible de cada sistema y componente de la aeronave. Los rodamientos aeroespaciales de Timken fabricados en acero ya son muy eficientes. Para lograr futuras ganancias de eficiencia, los ingenieros están ampliando la gama de tipos de rodamientos híbridos disponibles para dar servicio al mercado.

Los rodamientos ‘híbridos’ se denominan así porque combinan anillos de acero y elementos rodantes de cerámica, mientras que los rodamientos más convencionales utilizan acero para ambos. El nitruro de silicio de los rodillos cerámicos es de «grado de rodamiento», la más alta calidad disponible.

“El nitruro de silicio es casi el doble de duro que el acero para cojinetes y tiene propiedades adicionales que lo hacen más liviano, más fuerte y más capaz de funcionar a velocidades más altas”, dice John Lowry, ingeniero jefe de la industria aeroespacial. “Es una cerámica que resiste condiciones realmente agresivas y se desempeña bien en rodamientos de contacto rodante”.

La experimentación con elementos rodantes cerámicos para cojinetes aeroespaciales se remonta a varias décadas, y los motores de los transbordadores espaciales de la NASA los utilizaron a principios de la década de 1990. A medida que se acelera la carrera por desarrollar soluciones optimizadas, está surgiendo una gama más amplia de tipos de rodamientos híbridos para aumentar la eficiencia en motores, generadores y arrancadores de aeronaves y cajas de engranajes de helicópteros.

Los ingenieros de Timken trabajaron recientemente en estrecha colaboración con los fabricantes de aeronaves de defensa para desarrollar cojinetes de rodillos híbridos para varias aplicaciones, incluido el desarrollo de un motor de turbina para aviones diseñado para ser mucho más potente y eficiente que los turboventiladores de derivación baja existentes.

Los especialistas en tribología de Timken desempeñaron un papel importante en I+D, probando la resistencia de los rodillos cerámicos frente a una variedad de grados de acero que normalmente se utilizan para fabricar componentes de rodamientos adyacentes a los rodillos. La forma en que interactúan los materiales afecta directamente el rendimiento.

La diferencia de Timken: procesos de fabricación patentados
“Durante más de 120 años, hemos recopilado conocimientos sobre la fricción, el desgaste, la lubricación y el diseño de rodamientos en el contexto del material de acero”, señala Lowry. «Se traduce bien en la comprensión de las propiedades del nitruro de silicio y cómo podemos diseñar y fabricar con éxito con ambos».

Melissa Kerney, gerente del programa aeroespacial, dice que el nitruro de silicio utilizado es del grado más alto disponible y se procesa con estándares muy altos.

“La diferenciación para lograr un producto de grado aeroespacial ocurre en dos etapas, ambas en la fabricación”, dice ella.

En primer lugar, se forma un rodillo ‘en blanco’ de forma casi neta utilizando el polvo de nitruro de silicio. La fórmula del polvo determina cómo resistirá el material la formación de «piezas en blanco» que finalmente se convertirán en rodillos cerámicos.

En segundo lugar, Timken realiza el acabado interno de esos espacios en blanco según los requisitos precisos mediante procesos patentados de esmerilado y superacabado.

“Es muy desafiante”, dice Kerney. “El nitruro de silicio es mucho más fuerte que el acero y requiere un enfoque completamente diferente para el acabado, la medición y la inspección. Tomamos lo que sabemos sobre la ciencia de los materiales y lo combinamos con nuestra experiencia en fabricación y herramientas. El resultado son rodamientos confiables y extremadamente duraderos que cumplen con los requisitos de inspección de la industria”.

Con la ingeniería y la fabricación de rodamientos de rodillos híbridos completamente desarrolladas, Timken ha invertido en capacidades de fabricación para producir una de las líneas más completas de rodamientos cónicos y cilíndricos de la industria con rodillos de nitruro de silicio. Timken tiene la intención de comenzar la producción completa para apoyar a los clientes aeroespaciales para 2023.

¿Por qué aeroespacial y por qué ahora? Kerney dice: «es la aplicación más difícil que necesita soluciones híbridas, y donde el híbrido ofrece la propuesta de mayor valor».

Los ingenieros de Timken están utilizando cerámica para mejorar el rendimiento de los rodamientos en muchas industrias esenciales. Conozca cómo un recubrimiento especial resistente al desgaste con partículas de cerámica diminutas mejora la eficiencia en turbinas eólicas y equipos agrícolas.

Last Updated: 2023/06/21

Published: 2022/05/11