Nuevo diseño de rodamientos para motores eléctricos

Como el desarrollo de motores eléctricos más eficientes continúa al mismo ritmo que los próximos reglamentos, es importante asegurarse de que todos los componentes están diseñados para las especificaciones más recientes, incluidos los rodamientos. Tony Synnott, Gerente de Ingeniería de NSK Europe en Reino Unido, explica cómo el diseño del cojinete está afectando el rendimiento y fiabilidad del motor eléctrico.

Los Rodamientos en motores eléctricos están diseñados para soportar el rotor y mantener un espacio de aire constante entre el rotor y el estator, así como la transferencia de las cargas desde el eje de la carcasa del motor. Una selección del diseño de cojinete correcta asegura la eficiencia del diseño del motor, se mantiene con pérdidas mínimas de fricción y de potencia.

Para un pequeño motor eléctrico, un fallo de un rodamiento y los daños que cause puede significar una reparación poco económica, por lo que es conveniente instalar rodamientos de alta calidad que están diseñados para soportar las tensiones del medio ambiente. En aplicaciones más grandes, una falla del rodamiento puede causar un tiempo considerable de inactividad, por lo que atinar con el diseño adecuado para la aplicación es crucial.

Por ejemplo, si un motor diseñado para una aplicación de unidad en línea se reasigna a una aplicación de transmisión por correa radial, los cojinetes son susceptibles de ser comprometidos y no funcionar como se podría esperar. En la aplicación especificada original, el motor estaría equipado con rodamientos de bolas de ranura profunda, pero estos podrían estar sobrecargados por el aumento de la carga radial de la correa de transmisión.

En términos de diseño de apoyo, ha habido una considerable innovación ya que lleva la tecnología en sus materiales, así como la ingeniería de precisión y procesos de fabricación. Al mejorar el acabado superficial de los elementos rodantes y las pistas dentro de un cojinete, los niveles de fricción se reducen, lo que reduce el consumo de energía y el ruido. Cuando estas mejoras se combinan con los avances en la lubricación, el resultado es una gran mejora de la vida operativa.

Un ejemplo de ello es el último motor de tracción de CA que se están utilizando en la actual generación de trenes de alta velocidad, que ahora se espera para ir más rápido y viajar mucho más lejos entre los periodos de mantenimiento. Se espera que los rodamientos empleados en estos motores ofrezcan un rendimiento excepcional en condiciones severas de operación, incluyendo las cargas radiales altas, cargas de alto impacto y altas velocidades.

Un obstáculo importante para el logro de los intervalos libres de mantenimiento extendido es la erosión eléctrica. Esto ocurre cuando la corriente eléctrica 'callejera' fluye a través de los cojinetes del motor a tierra. El resultado es el daño al cojinete, en la medida de que depende de la magnitud de la corriente y la duración de las condiciones. El daño, conocido como formación de arcos eléctricos, es generalmente en forma de pequeños cráteres y micro soldaduras en la pista de rodadura del cojinete de rodadura y superficies de los elementos, lo que resulta en un fallo prematuro del cojinete.

Una solución a las fallas de arco eléctrico es el uso de recubrimientos cerámicos o elementos rodantes de cerámica en el diseño del cojinete, que proporcionan aislamiento eléctrico del eje. Los revestimientos cerámicos se aplican a menudo usando una pulverización de plasma. El revestimiento de cerámica se trata con una resina acrílica para sellar la superficie y evitar la entrada de humedad. Este revestimiento también ofrece protección adicional contra bases fuertes y las altas temperaturas que se utilizan para el lavado del material rodante.

El tiempo de vida de un cojinete, suponiendo que se ha especificado correctamente para la aplicación, es a menudo determinado por el régimen de lubricación y por cómo el diseño del rodamiento asegura un flujo suficiente para todos los elementos de rodadura. El análisis de los elementos finitos y la dinámica de fluidos computacional se pueden utilizar para mejorar la resistencia del cojinete y el flujo de lubricación, ambos de los cuales es necesario especificar cuidadosamente para cada aplicación.

El programa de mantenimiento también juega un papel importante en la esperanza de vida y además se debe tener en cuenta el entorno de trabajo y los aspectos prácticos de acceso al equipo. Mediante la mejora de los medios de obturación y la optimización de la técnica de lubricación, el período de mantenimiento se puede extender para coincidir con otros componentes tales como los rodamientos de rueda. Esto ofrece al cliente ahorros considerables en los costos de mantenimiento y pérdida de productividad.

La clave para optimizar el diseño de cojinete es en la comprensión de la aplicación y el medio ambiente, además de tener la capacidad de emplear los principales materiales de la industria y de control de calidad. NSK ha desarrollado la única, larga vida Z de acero que se ha extendido considerablemente la vida útil de sus rodamientos en comparación con acero de cojinete convencional. Esto se ha combinado con la mejora de los diseños de jaula de lubricación y diseños de sellos, así como revestimientos de cerámica y resina. El resultado final son rodamientos de alta calidad que se producen para el motor eléctrico en todos los ambientes y aplicaciones.

Fecha: 15 de Enero de 2015
Lugar: Colombia
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