Cuscinetti ibridi in ceramica: l’avanzamento del viaggio aereo

Con oltre un secolo di innovazione nel settore aerospaziale , Timken ha consentito molti primati nel settore dell’aviazione, dall’invenzione degli elicotteri al primo sbarco sulla luna e su Marte. Oggi, gli ingegneri Timken applicano le loro conoscenze specializzate nella gestione dell’attrito, nella trasmissione di potenza e nella metallurgia per massimizzare l’affidabilità in applicazioni come la lotta antincendio aerea e i motori di aerei civili.

Ora, i progettisti di aeromobili stanno spingendo i confini del possibile per ottimizzare le prestazioni e raggiungere un’efficienza di livello superiore. Le capacità di Timken nella progettazione e produzione di cuscinetti a rulli cilindrici e conici ibridi ottimizzeranno le prestazioni di aeroplani e aeroplani per una nuova era di volo.

“Per oltre 120 anni abbiamo raccolto conoscenze su attrito, usura, lubrificazione e progettazione di cuscinetti nel contesto del materiale in acciaio. Si traduce bene nella comprensione delle proprietà del nitruro di silicio e di come possiamo progettare e produrre con successo con entrambi”.

John Lowry
Capo Ingegnere Aerospaziale

Cuscinetti aerospaziali ibridi: fondamentali per una maggiore efficienza
Spinti dal desiderio di risparmiare energia, costi e ambiente, i clienti aerospaziali vogliono estrarre ogni minimo di efficienza possibile da ogni sistema e componente dell’aeromobile. I cuscinetti aerospaziali Timken in acciaio sono già molto efficienti. Per ottenere futuri guadagni di efficienza, gli ingegneri stanno ampliando la gamma di tipi di cuscinetti ibridi disponibili per servire il mercato.

I cuscinetti “ibridi” sono così chiamati perché combinano anelli in acciaio ed elementi volventi in ceramica, mentre i cuscinetti più convenzionali utilizzano l’acciaio per entrambi. Il nitruro di silicio dei rulli in ceramica è “bearing grade” — la più alta qualità disponibile.

“Il nitruro di silicio è quasi due volte più duro dell’acciaio per cuscinetti e ha proprietà aggiuntive che lo rendono più leggero, più forte e in grado di funzionare meglio a velocità più elevate”, afferma John Lowry, ingegnere capo per il settore aerospaziale. “È una ceramica che resiste a condizioni davvero aggressive e si comporta bene nei cuscinetti volventi”.

La sperimentazione con elementi volventi in ceramica per cuscinetti aerospaziali risale a diversi decenni fa, con i motori dello space shuttle della NASA che li utilizzavano all’inizio degli anni ’90. Con l’accelerazione della corsa allo sviluppo di soluzioni ottimizzate, sta emergendo una gamma più ampia di tipi di cuscinetti ibridi per aumentare l’efficienza dei motori aeronautici, dei generatori e dei motorini di avviamento e dei riduttori di velivoli ad ala rotante.

Gli ingegneri Timken hanno recentemente lavorato a stretto contatto con i costruttori di aerei da difesa per sviluppare cuscinetti a rulli ibridi per diverse applicazioni, incluso lo sviluppo di un motore a turbina per aeroplani progettato per essere significativamente più potente ed efficiente rispetto ai turbofan a basso bypass esistenti.

Gli specialisti di tribologia Timken hanno svolto un ruolo importante nella ricerca e sviluppo, testando la resistenza dei rulli in ceramica rispetto a una varietà di gradi di acciaio tipicamente utilizzati per realizzare componenti di cuscinetti adiacenti ai rulli. Il modo in cui i materiali interagiscono ha un impatto diretto sulle prestazioni.

La differenza Timken: processi di produzione proprietari
“Per oltre 120 anni abbiamo raccolto conoscenze su attrito, usura, lubrificazione e progettazione di cuscinetti nel contesto del materiale in acciaio”, osserva Lowry. “Si traduce bene per comprendere le proprietà del nitruro di silicio e come possiamo progettare e produrre con successo con entrambi”.

Melissa Kerney, responsabile del programma aerospaziale, afferma che il nitruro di silicio utilizzato è il grado più alto disponibile ed è lavorato secondo standard molto elevati.

“La differenziazione per ottenere un prodotto di livello aerospaziale avviene in due fasi, entrambe nella produzione”, afferma.

In primo luogo, utilizzando la polvere di nitruro di silicio, viene formato un rullo “vuoto” a forma quasi netta. La formula della polvere determina in che modo il materiale resisterà alla formazione di “spazi vuoti” che alla fine diventano rulli di ceramica.

In secondo luogo, Timken rifinisce internamente quei grezzi secondo precisi requisiti utilizzando processi di rettifica e superfinitura proprietari.

“È molto impegnativo”, dice Kerney. “Il nitruro di silicio è molto più resistente dell’acciaio e richiede un approccio completamente diverso alla finitura, alla misura e all’ispezione. Prendiamo ciò che sappiamo sulla scienza dei materiali e lo combiniamo con la nostra esperienza nella produzione e nella produzione di utensili. Il risultato sono cuscinetti estremamente durevoli e affidabili che soddisfano i requisiti di ispezione del settore”.

Con l’ingegneria e la produzione dei cuscinetti a rulli ibridi completamente sviluppate, Timken ha investito in capacità di produzione per produrre una delle linee più complete del settore di cuscinetti conici e cilindrici con rulli in nitruro di silicio. Timken intende avviare la produzione completa per supportare i clienti aerospaziali entro il 2023.

Perché aerospaziale, e perché adesso? Kerney afferma: “è l’applicazione più difficile che necessita di soluzioni ibride e dove l’ibrido offre la più grande proposta di valore”.

Gli ingegneri Timken utilizzano la ceramica per migliorare le prestazioni dei cuscinetti in molti settori essenziali. Scopri come uno speciale rivestimento resistente all’usura con minuscole particelle di ceramica migliora l’efficienza delle turbine eoliche e delle attrezzature agricole.

Last Updated: 2023/06/21

Published: 2022/05/11