Guia de selecció i aplicació de casquilles metàl·liques: principis de treball, propietats del material i estratègies de manteniment

En els sistemes d'accionament i moviment mecànics, un casquet-un component cilíndric d'una sola-peça-s'instal·la àmpliament entre un eix mòbil i la seva carcassa circumdant. La seva funció principal és proporcionar una superfície de rodament llisa per a l'eix i protegir els components més cars dels danys mitjançant un desgast gradual. Aquest disseny de sacrifici garanteix que la substitució d'un-coixell de baix cost sigui molt més econòmic que substituir tot l'eix principal. A diferència dels coixinets de boles, que depenen del contacte rodant per reduir la fricció, els coixinets suporten càrregues mitjançant el contacte de lliscament directe; normalment estan fets de materials més suaus o que tenen propietats autolubricants superiors-en comparació amb l'eix, de manera que es garanteix que es produeixi un desgast a la casquilla en lloc de l'eix d'accionament crític.

El principi de funcionament d'una funda d'eix consisteix a col·locar-la a pressió-en un forat de la carcassa per romandre estacionària, alhora que permet que un eix passi pel seu diàmetre interior per girar, lliscar o oscil·lar. En els dissenys lubricats, es forma una pel·lícula d'oli o greix entre l'eix i la funda, mentre que els dissenys autolubricants gestionen la lubricació de manera independent. Per exemple, el bronze sinteritzat allibera lubricant dels seus porus quan s'escalfa, els compostos de PTFE dipositen una pel·lícula de transferència permanent a l'eix i les mànigues de grafit utilitzen la seva estructura atòmica en capes-que es talla fàcilment-per reduir la fricció. Més enllà de la reducció de la fricció, els mànigues d'eix ofereixen funcions com l'amortiment i l'aïllament de vibracions, el posicionament axial, la compensació de desalineació i l'aïllament elèctric, fet que els converteix en components crítics per al bon funcionament dels sistemes mecànics.

En la pràctica de l'enginyeria, els mangots d'eix es classifiquen normalment com a coixinets lliscants o coixinets lliscants per distingir-los dels coixinets-d'elements rodants. Tècnicament, les mànigues d'eix excel·lent en capacitat de càrrega-, manejant càrregues pesades i de xoc mentre que, en general, funcionen de manera més silenciosa. En canvi, mentre que els coixinets de rodament s'adapten a aplicacions d'alta-velocitat i alta-precisió, gairebé invariablement requereixen lubricació externa i no tenen resistència als cops. Per exemple, a les grans turbines de vapor i els eixos de propulsió marins, els mànigues radials hidrodinàmiques ben-dissenyades poden funcionar indefinidament amb un subministrament adequat de petroli; això fa que la funda de l'eix de la bomba sigui indispensable per a operacions-de gran intensitat.

Tot i que les mànigues de l'eix pateixen un desgast gradual, els problemes es passen per alt fàcilment fins que l'eix o la carcassa pateixen danys conseqüents. Per tant, reconèixer els primers signes de fracàs és crucial. Els sorolls anormals a les articulacions o els pivots, l'augment de l'espai lliure de l'eix (joc), l'augment de la vibració o la generació de calor inusual a prop de l'articulació indiquen una possible fallada de la màniga. La inspecció directa de la superfície pot revelar rascades visibles, picades o trencaments del material. Per a peces mòbils crítiques-com ara coixinets de màniga frontal-, és millor no esperar que es produeixi una fallada; substituir-los a intervals de manteniment programats sempre és més rendible-que fer front a temps d'inactivitat no planificats i danys col·laterals.

La selecció del casc adequat requereix tenir en compte diversos factors clau en un ordre específic. El primer és el tipus i la direcció de la càrrega: els casquets de màniga estàndard són adequats per a càrregues radials, mentre que les càrregues axials requereixen l'addició de rondelles d'empenta o un disseny amb brides; les aplicacions que involucren ambdós tipus de càrrega requereixen una avaluació exhaustiva. El següent és el valor PV (pressió de contacte multiplicada per la velocitat de lliscament), un criteri tribològic estàndard per avaluar el rendiment del coixinet lliscant. Cada material té un valor PV màxim nominal; superar aquest límit fa que el casquet es sobreescalfi i falli. Per a aplicacions exigents, el valor PV de funcionament no ha de superar la meitat del límit tèrmic màxim nominal-que s'ha de respectar estrictament durant la selecció.

Pel que fa a la selecció de materials, els requisits de rendiment varien dràsticament segons l'aplicació. Els casquilles metàl·liques, com ara el bronze fos, són adequades per a operacions de càrrega pesada i baixa-velocitat, mentre que el bronze sinteritzat auto-lubricant s'utilitza habitualment en motors i ventiladors. Els materials basats en polímer--com els compostos de PTFE, niló i PEEK-excel·leixen en frontisses d'automòbils, aplicacions aeroespacials i entorns d'alta-temperatura o-habitació neta. Els materials compostos-filaments enrotllats són l'opció ideal per a maquinària d'enginyeria marina o de processament químic que requereixen una resistència excepcional a la corrosió i al desgast. Aquesta gamma diversa de materials forma una àmplia gamma de casquilles metàl·liques i no metàl·liques-que satisfan les necessitats de diversos sectors que van des del processament d'aliments fins a la maquinària pesada.

Més enllà d'aquests tipus generals, els buixos es presenten en diverses formes especialitzades dissenyades per a funcions estructurals específiques. Per exemple, els mànigues de distància asseguren un espai precís entre els components durant el suport i el posicionament, mentre que els mànigues de l'eix dels sistemes rotatius també tenen una funció de segellat, evitant l'entrada de pols i humitat. Els buixos cilíndrics s'adopten àmpliament en instruments de precisió i maquinària lleugera a causa de les seves dimensions estandarditzades i un excel·lent rendiment. Independentment de la forma específica, l'objectiu principal segueix sent optimitzar el rendiment mecànic i allargar la vida útil de l'equip.