O material mais comum para transportadores de esferas em rolamentos de esferas e parafusos de esferas é o aço para rolamentos. O uso de esferas de aço em pistas de aço é uma solução comprovada e de baixo custo que oferece alta capacidade de carga e longa vida útil em uma ampla variedade de condições. E quando uma aplicação não é adequada para aço, a carcaça do rolamento ou o exterior da porca podem ser feitos de um material diferente, como aço inoxidável ou alumínio, ou revestidos para fornecer propriedades especiais, como resistência à corrosão. Mas os elementos rolantes (esferas) são mais difíceis de modificar, pois devem ter a resistência e as propriedades materiais necessárias para suportar cargas elevadas e/ou atingir altas velocidades, sem desgaste excessivo ou falha prematura.
Esferas de cerâmica podem ser usadas em rolamentos recirculantes lineares e parafusos de esferas quando o aço for inaceitável.
É por isso que você encontrará uma variedade de opções de materiais para uma caixa de rolamento ou porca esférica, enquanto os rolamentos esféricos, na maioria dos casos, permanecem como aço para rolamento. Mas para aplicações onde qualquer aço no rolamento é inaceitável, vários fabricantes agora oferecem rolamentos lineares e porcas esféricas com esferas cerâmicas (especificamente, nitreto de silício: Sim 3 Não 4 ).
Necessito de velocidade
Os rolamentos lineares recirculantes com esferas de cerâmica foram originalmente introduzidos para aplicações que exigem velocidades operacionais mais altas. Os rolamentos recirculantes tradicionais com esferas de aço são normalmente limitados a uma velocidade máxima de 5 m/s, devido às forças que as esferas exercem nas cabeças dos rolamentos durante a recirculação.
Lembrando que força = massa * aceleração, a melhor forma de reduzir as forças nos cabeçotes sem comprometer a capacidade de velocidade é reduzir a massa dos elementos recirculantes, e a cerâmica faz exatamente isso, com densidade e massa menores que a do aço. Os rolamentos lineares recirculantes com esferas de cerâmica podem atingir velocidades máximas de até 10 m/s.
Aplicações sensíveis a vácuo e ESD
Do ponto de vista dos materiais, a cerâmica não é porosa nem condutora, o que a torna ideal para aplicações sensíveis ao vácuo e à estática. Esses requisitos surgem frequentemente na fabricação de semicondutores e eletrônicos, bem como em aplicações aeroespaciais. As indústrias aeroespacial e militar também enfrentam requisitos frequentes para componentes que possam suportar temperaturas extremamente altas ou baixas ou grandes flutuações de temperatura. Nessas aplicações, a cerâmica também é uma escolha melhor que o aço, devido ao menor coeficiente de expansão térmica da cerâmica.
Porcas esféricas híbridas combinam aço e cerâmica
Os fabricantes de caracóis oferecem dois modelos que incorporam bolas de cerâmica. No primeiro – como na maioria dos rolamentos lineares – as tradicionais esferas de aço são totalmente substituídas por versões cerâmicas. Mas alguns fabricantes oferecem um design híbrido com uma combinação de esferas de cerâmica e aço.
As porcas esféricas podem usar todas as esferas de cerâmica ou um design “híbrido”, onde esferas de aço de menor diâmetro alternam com versões de cerâmica.
Crédito da imagem: Steinmeyer Inc.
A primeira opção – todas as esferas de cerâmica – substitui o contato metal-metal entre a esfera e a pista pelo contato cerâmica-metal, eliminando assim o desgaste adesivo e a microssoldagem. No projeto híbrido, as esferas de aço geralmente atuam como “espaçadores”, que alteram a cinemática da porca, reduzindo o atrito e o desgaste, ao mesmo tempo que mantêm uma boa capacidade de carga.
- O contato e o atrito entre as esferas de aço provocam desgaste adesivo e microssoldagem.
- Projetos híbridos, que alternam entre esferas de aço e cerâmica, proporcionam boa capacidade de carga com menor atrito e desgaste.
Crédito da imagem: Grupo Umbra
Observe que embora seja possível operar rolamentos totalmente cerâmicos (pistas e esferas ambas cerâmicas) sem lubrificação, os rolamentos lineares e porcas possuem pistas metálicas (aço ou inoxidável), portanto, mesmo que as esferas sejam todas cerâmicas, continuam necessitando de lubrificação. No entanto, as esferas cerâmicas são menos sensíveis a mudanças nas condições de lubrificação e, portanto, são menos propensas a sofrer desgaste extremo ou falha quando a lubrificação acaba ou as propriedades do lubrificante mudam com o uso.
