Nel campo industriale, i cuscinetti sono chiamati i 'giunti' dell'industria e sono componenti essenziali in molte macchine e attrezzature. I cuscinetti adatti possono aiutare le macchine a sostenere i carichi, ridurre l'attrito e prolungare la durata delle parti mobili.
A seconda delle materie prime dei cuscinetti, di solito possono essere suddivisi in cuscinetti in acciaio (acciaio al cromo, acciaio al carbonio, acciaio inossidabile, ecc.) e cuscinetti in ceramica (zirconio a, nitruro di silicio, ecc.). È interessante notare che i cuscinetti in ceramica, in quanto materiale emergente per cuscinetti, hanno ricevuto attenzione da molte industrie e campi.
In questo articolo, LNB Bearing introdurrà i cuscinetti in ceramica in dettaglio ed esplorerà le differenze tra questi e i cuscinetti in acciaio, nonché i rispettivi vantaggi e svantaggi. Spero di aiutare i clienti a comprendere meglio questi due tipi di cuscinetti e le loro caratteristiche in modo che possano fare scelte migliori.
Cos'è un cuscinetto in ceramica?
1. Definizione del cuscinetto ceramico
I cuscinetti ceramici sono realizzati in materiali ceramici, oltre ai normali cuscinetti, vengono utilizzati principalmente anche per supportare alberi o parti rotanti o in movimento. I materiali ceramici più comunemente utilizzati sono il nitruro di silicio (Si3N4), l'ossido di zirconio (ZrO2), ecc. I cuscinetti ceramici sono progettati per ridurre l'attrito, migliorare la resistenza all'usura e prolungare la durata di servizio.
Il principio di funzionamento di Anche i cuscinetti in ceramica sono simili ad altri tipi di cuscinetti, riducendo l'attrito e l'usura attraverso gli elementi volventi tra gli anelli interno ed esterno per ottenere un movimento fluido. Grazie alle proprietà superiori dei materiali, i cuscinetti ceramici sono ampiamente utilizzati in vari tipi di macchinari e attrezzature, soprattutto in ambienti estremamente difficili e condizioni di lavoro speciali.
2. Vantaggi dei cuscinetti in ceramica
(1) Leggero
I cuscinetti in ceramica hanno una bassa densità, quindi sono generalmente più leggeri dei cuscinetti in metallo, il che aiuta a ridurre il peso della struttura meccanica complessiva e a migliorare la manovrabilità dell'attrezzatura.
(2) Alta velocità
I cuscinetti in ceramica hanno un basso coefficiente di attrito, durante il funzionamento del macchinario possono ridurre la generazione di calore, migliorare l'efficienza energetica e aumentare la velocità rispetto ai cuscinetti in acciaio. Pertanto i cuscinetti ceramici sono normalmente adatti per ambienti operativi ad alta velocità.
(3) Elevata durezza e resistenza all'usura
La durezza dei materiali ceramici è molto superiore a quella dei metalli tradizionali. Questa proprietà rende i cuscinetti in ceramica effettivamente resistenti all'usura e ai graffi e adatti a carichi pesanti e ambienti operativi ad alta frequenza.
(4) Resistenza alla corrosione
I materiali ceramici hanno un'eccellente resistenza alla corrosione a molti prodotti chimici (come acidi e alcali). Pertanto, i cuscinetti in ceramica sono adatti per l'uso in ambienti difficili, soprattutto nell'industria chimica e alimentare.
(5) Resistenza alle alte temperature
I cuscinetti in ceramica possono resistere a temperature più elevate rispetto ai cuscinetti in acciaio e sono adatti per applicazioni ad alta temperatura.
(6) Isolamento elettrico
I cuscinetti in ceramica hanno una bassa conduttività elettrica. Poiché non possono condurre elettricità, possono prevenire cortocircuiti e scariche ad arco quando utilizzati in apparecchiature elettriche, eliminando così la particolare necessità di isolare i cuscinetti nei motori di trazione.
(7) Basso rumore
I cuscinetti in ceramica generano meno rumore durante il funzionamento, quindi sono adatti per applicazioni che richiedono un ambiente silenzioso, come strumenti di precisione ed elettrodomestici di fascia alta, ecc.
(8) Bassa dilatazione termica
La ceramica ha un coefficiente di dilatazione termica inferiore, che può mantenere una migliore stabilità dimensionale e non si deformerà in modo significativo al variare della temperatura.
Tipi di cuscinetti in ceramica
Secondo diversi metodi di classificazione, i cuscinetti in ceramica possono essere suddivisi in molti tipi. Qui verrà effettuata una semplice classificazione in base a tre aspetti: materiale, composizione del materiale e struttura.
1. Classificazione per materiali
(1) Cuscinetti in zirconio
Il materiale di ossido di zirconio viene utilizzato per realizzare gli anelli e gli elementi volventi del cuscinetto in ceramica, mentre generalmente la gabbia utilizza PTFE e PVDF. Esistono anche altri materiali per le gabbie come ottone (Cu), nylon (RPA66-25), tecnopolimeri speciali (PEEK, PI), acciaio, acciaio inossidabile, ecc. cuscinetti in zirconio Possiedono un'ottima resistenza all'usura e resistenza meccanica, adatte per l'uso in ambienti altamente corrosivi come i settori delle apparecchiature chimiche e mediche.
(2) Cuscinetti in nitruro di silicio
Questo tipo di anelli ed elementi volventi dei cuscinetti in ceramica utilizzano solitamente il materiale del nitruro di silicio (Si3N4), la gabbia generalmente utilizza PTFE e PVDF. Rispetto ai materiali ZrO2, il cuscinetto ceramico del materiale Si3N4 è adatto a velocità e capacità di carico più elevate, temperatura ambiente più elevata e applicazioni comuni nei macchinari aerospaziali e ad alta velocità.
(3) Cuscinetti in ceramica di allumina
Questi tipi di cuscinetti sono realizzati in allumina come materiale principale. Hanno buone proprietà di conducibilità termica e isolamento, adatti per applicazioni ad alte temperature con elevati requisiti di gestione termica.
2. Classificazione per composizione del materiale
(1) Cuscinetti interamente in ceramica
L'anello interno, l'anello esterno e gli elementi volventi di questo tipo di cuscinetti in ceramica sono tutti realizzati in materiali ceramici, che hanno un'eccellente resistenza alla corrosione, resistenza all'usura, resistenza alle alte temperature, isolamento antimagnetico ed elettrico, ecc. I cuscinetti interamente in ceramica sono adatti a condizioni di lavoro difficili e severe.
(2) Cuscinetti ceramici ibridi
L'anello interno o l'anello esterno dei cuscinetti ceramici ibridi è solitamente realizzato in materiali metallici (acciaio, acciaio inossidabile), mentre gli elementi volventi sono realizzati in materiali ceramici (come ossido di zirconio, nitruro di silicio, ecc.). Questo tipo di cuscinetti in ceramica combina la resistenza del metallo con le caratteristiche di basso attrito della ceramica. Sono adatti per occasioni che richiedono maggiore capacità di carico e resistenza all'usura.
(3) Cuscinetti ceramici a pieno riempimento
I cuscinetti ceramici a pieno riempimento sono cuscinetti appositamente progettati in cui gli elementi volventi (come sfere o rulli) riempiono quasi lo spazio tra l'anello interno e l'anello esterno. Questo design può aumentare l'area di contatto, migliorando così la capacità di carico e la rigidità.
3. Classificazione per struttura
Come i cuscinetti ordinari, i cuscinetti in ceramica possono essere classificati in molti tipi in base alla loro struttura:
Cuscinetti a sfere a gola profonda in ceramica
Cuscinetti a sfere a contatto obliquo in ceramica
Cuscinetti a sfere autoallineanti in ceramica
Cuscinetti reggispinta a sfere in ceramica
Cuscinetti a rulli cilindrici in ceramica
Cuscinetti a rulli conici in ceramica, ecc.
Cuscinetti in ceramica contro cuscinetti in acciaio
1. Confronto delle proprietà tra cuscinetti in ceramica e cuscinetti in acciaio
Confronto delle proprietà dei cuscinetti in ceramica e dei cuscinetti in acciaio |
Articolo |
Cuscinetto in ceramica |
Cuscinetto in acciaio |
Materiali |
Zirconia (ZrO2), nitruro di silicio (Si3N4), allumina (Al2O3), ecc. Acciaio al carbonio, acciaio al cromo, acciaio inossidabile, ecc. |
Acciaio al carbonio, acciaio al cromo, acciaio inossidabile, ecc. |
Densità |
Densità inferiore |
Maggiore densità |
Attrito |
Basso coefficiente di attrito |
Elevato coefficiente di attrito |
Temperatura operativa |
Buona resistenza alla temperatura, fino a circa 800 ℃ |
Scarsa resistenza alla temperatura, 100-200 ℃ |
Resistenza alla corrosione |
Bene; adatto per ambienti chimici e umidi |
Povero; l'acciaio inossidabile può essere utilizzato in ambienti umidi, ma non in ambienti chimici corrosivi |
Durezza |
Alto |
Basso |
Conducibilità termica |
Basso |
Alto |
Conduttività elettrica |
Bassa conduttività, isolamento elettrico |
SÌ |
Velocità |
Veloce |
Lento |
Magnetismo |
NO |
SÌ |
Resistenza all'usura |
Molto bene |
Bene |
2. Confronto dei vantaggi tra cuscinetti in ceramica e cuscinetti in acciaio
| Il confronto dei vantaggi tra cuscinetti in ceramica e cuscinetti in acciaio |
Cuscinetto in ceramica |
Cuscinetto in acciaio |
1. Alta velocità
2. Leggero
3. Forte resistenza alla corrosione, resistenza agli acidi e agli alcali, resistenza alla ruggine
4. Isolamento elettrico, bassa conduttività
5. Resistenza alle alte e basse temperature
6. Elevata durezza
7. Migliori prestazioni termiche
8. Non magnetico
9. Autolubrificante senza olio 10. Lunga durata |
1. Basso costo
2. Buona lavorabilità, facile da tagliare e lavorare
3. Buona resistenza agli urti
4. Più dimensioni e stili
5. Facile da mantenere e riparare |
3. Confronto degli svantaggi tra cuscinetti in ceramica e cuscinetti in acciaio
Il confronto degli svantaggi tra cuscinetti in ceramica e cuscinetti in acciaio |
Cuscinetto in ceramica |
Cuscinetto in acciaio |
1. Costo elevato
2. Sotto carico ad alto impatto, potrebbe rompersi |
Incline alla ruggine e alla corrosione in ambienti umidi o chimici 2. Grande coefficiente di attrito ed elevata perdita
3. Peso elevato
4. Più incline al cedimento per fatica sotto carichi ripetuti |
Applicazioni dei cuscinetti in ceramica
1. Aerospaziale:
Gli aerei e i veicoli spaziali devono affrontare ambienti operativi molto difficili. Grazie ai cuscinetti in ceramica che presentano molti vantaggi come la leggerezza, il basso coefficiente di attrito, la resistenza alle alte temperature, la resistenza alla corrosione e altri, possono funzionare in ambienti estremamente estremi.
2. Apparecchi/attrezzature mediche
Le apparecchiature mediche, compresi strumenti chirurgici, apparecchiature dentistiche, apparecchiature mediche di alta precisione, ecc. Queste macchine mediche richiedono normalmente ambienti di lavoro molto puliti e sterili. I cuscinetti in ceramica sono rispettosi degli organismi e possono ridurre le infezioni. Hanno proprietà antibatteriche e offrono i vantaggi di facile pulizia, resistenza alla corrosione e così via. Per questi motivi trova grande applicazione negli apparecchi e nelle attrezzature mediche, in particolare in quelle aree in cui vengono utilizzati detergenti o disinfettanti chimici.
3. Motociclette, biciclette e skateboard
I cuscinetti in ceramica vantano vantaggi quali leggerezza, buona resistenza all'usura e basso coefficiente di attrito; trovano ampie applicazioni nei veicoli ad alte prestazioni.
4. Industrie chimiche e farmaceutiche
Nelle industrie chimiche e farmaceutiche, i dispositivi meccanici vengono spesso immersi in un'atmosfera terribile composta da sostanze chimiche corrosive o in condizioni di alta temperatura. I cuscinetti in ceramica con caratteristiche come resistenza alla corrosione e resistenza alle alte temperature possono migliorare l'efficacia operativa dei macchinari prolungando al tempo stesso la durata dei dispositivi meccanici.
5. Apparecchiature e dispositivi elettronici
I cuscinetti in ceramica vantano isolamento elettrico e bassa dilatazione termica. Ciò li rende particolarmente adatti per l'uso in apparecchiature elettroniche ad alta frequenza, alta potenza e alta precisione per migliorare le prestazioni complessive, garantendo l'affidabilità delle apparecchiature meccaniche.
6. Industria alimentare e delle bevande
I cuscinetti in ceramica hanno qualità di resistenza alle alte temperature e alla corrosione e sono facili da pulire; pertanto, vengono solitamente utilizzati nelle macchine per la lavorazione degli alimenti e per il riempimento di bevande, contribuendo notevolmente all'igiene e alla sicurezza dell'intero processo produttivo e riducendo i rischi di contaminazione incrociata.
