Con el fin de proteger el medio ambiente, la industria de los vehículos eléctricos ha crecido con rapidez en los últimos años.
Los vehículos eléctricos en China alcanzaron 2,132 millones en 2021. En comparación con las 418.000 unidades de 2016, la producción de vehículos eléctricos aumentó alrededor de 5,1 veces en solo 5 años. Para un análisis más profundo de la demanda futura del mercado, consulte los estudios recientes Tendencias del mercado de vehículos eléctricos.
Diferencias del sistema de propulsión entre automóviles eléctricos y de combustible
La principal diferencia entre los automóviles eléctricos y los vehículos tradicionales de combustión reside en el sistema de propulsión.
El sistema de un vehículo de combustión incorpora una gran cantidad de piezas móviles, como engranajes, pistones, válvulas y cigüeñales, entre otras.
Su principio de funcionamiento consiste en la combustión del combustible para generar potencia en el motor de combustión interna, y su proceso está controlado por la transmisión.
En cambio, el sistema del automóvil eléctrico utiliza la energía del vehículo y es impulsado por el motor eléctrico; su velocidad se controla mediante el regulador.
Como es sabido, cuanto mayor es el número de piezas móviles en el sistema de combustión, mayor es la cantidad de componentes susceptibles de sufrir desgaste e incluso de provocar una avería del vehículo.
En contraste, el sistema del vehículo eléctrico cuenta con menos piezas móviles, y su elemento móvil más importante es la esfera del rodamiento utilizada en el eje del motor.
Por tanto, desde este punto de vista, el sistema del automóvil eléctrico es superior al sistema convencional de vehículos de combustión.
Además, en los automóviles eléctricos, la calidad de los rodamientos del eje del motor determina directamente su rendimiento.
Por qué los rodamientos cerámicos son superiores a los rodamientos de acero
Por lo general, en los automóviles eléctricos, las bolas y los rodillos convencionales de los rodamientos en los ejes del motor están fabricados en acero. Sin embargo, existe una opción superior.
En comparación con rodamientos de acero, la cerámica ofrece una eficiencia superior. Rodamientos cerámicos, disponibles en configuración completa o híbrida y son la primera opción.
En particular, los rodamientos cerámicos de nitruro de silicio (Si3N4) supondrán un valor añadido para la industria del vehículo eléctrico.
Fabricación avanzada de rodamientos cerámicos de Si3N4
En lo que respecta a los rodamientos cerámicos fabricados en Si3N4, Lily cuenta con más de 20 años de experiencia en fabricación.
Durante el proceso de fabricación de bolas cerámicas, los investigadores formularon polvo de nitruro de silicio (Si3N4) sin procesar y estudiaron cuidadosamente sus propiedades, entre ellas el tamaño de partícula, la densidad, la simetría y la humedad, entre otras.
En comparación con otros materiales cerámicosel nitruro de silicio sigue siendo la opción óptima para aplicaciones de vehículos eléctricos de alta velocidad.
Tras añadir un aglutinante químico, el polvo se conformó en piezas en bruto antes de pasar al rectificado, el desbarbado por vibración y el pulido.
Las bolas se sometieron a un proceso denominado «prensado isostático en caliente (HIP)», que aplica presión y calor de forma simultánea.
Este tipo de proceso puede mejorar la dureza y la tenacidad de los rodamientos cerámicos, y ayudar a prevenir la fatiga por contacto de rodadura.
Gracias a este proceso, los rodamientos cerámicos no se astillan, fracturan ni fallan con facilidad, incluso en condiciones extremas.
Se consideran de «grado aeroespacial». De hecho, el propio material cerámico desempeña un papel fundamental.
Presenta ventajas claras que otros materiales no ofrecen.
Principales ventajas de los rodamientos cerámicos de Si3N4 en vehículos eléctricos
Ligero
En el caso de los rodamientos, cuanto menor es el peso, mejor. Los rodamientos cerámicos de Si3N4 son la mejor elección.
El Si3N4 pesa menos que el acero, y las pistas de los rodamientos cerámicos pesan menos de la mitad que las de acero.
En el caso de los ingenieros de vehículos eléctricos, prefieren rodamientos de menor peso.
Alta rigidez y alta resistencia
Los rodamientos cerámicos no solo son más ligeros que los de acero, sino también más resistentes y más duros.
Los rodamientos cerámicos tienen una dureza dos veces superior a la de los rodamientos de acero, más de un 60 % mayor, y son menos propensos a la deformación.
Esta es una ventaja importante en términos de vida útil y eficiencia del rodamiento.
Baja fricción
En comparación con los rodamientos de acero, las bolas de los rodamientos cerámicos fabricadas en Si3N4 generan menos fricción y menos calor dentro del conjunto del rodamiento.
Esto se traduce en una menor necesidad de lubricante, menor desgaste, menor carga sobre las pistas de rodadura y temperaturas de funcionamiento más bajas.
Alta resistencia a la temperatura
Los rodamientos cerámicos también pueden soportar altas temperaturas.
Incluso cuando operan a temperaturas superiores a 1,000°C, no presentan la dilatación provocada por temperaturas extremadamente elevadas.
Estas temperaturas superan ampliamente los requisitos de la operación automotriz.
Aislamiento eléctrico
Para los vehículos eléctricos, otra ventaja de los rodamientos cerámicos de Si3N4 —y probablemente una de las más importantes— es su aislamiento eléctrico.
La corriente puede acelerar la falla del rodamiento; por ello, los materiales con resistencia eléctrica ayudan a evitar fallas innecesarias.
Como es sabido, el nitruro de silicio (Si3N4) presenta resistencia eléctrica, lo cual suele ser una ventaja en casi todas las aplicaciones de rodamientos.
Cuando el alto voltaje de los vehículos acciona los motores, pueden producirse fácilmente picaduras eléctricas en el interior del rodamiento debido a fugas de corriente, lo que finalmente puede provocar una falla prematura.
Si se utilizan rodamientos de acero, la única opción consiste en recubrir el acero con un material aislante, lo que añade complejidad al proceso de fabricación y aumenta el riesgo de contaminación.
Las exigencias de producción en gran volumen del sector automotriz no permiten procesos de fabricación complejos; por ello, los rodamientos cerámicos de Si3N4 se convierten en la primera opción.
Además, el nitruro de silicio presenta la ventaja de integrarse intrínsecamente en el propio material.
Mayor vida útil
En comparación con los rodamientos de acero, los rodamientos cerámicos ofrecen una vida útil más prolongada.
Los rodamientos cerámicos permiten evitar los elevados costos y el desperdicio innecesario asociados al reemplazo frecuente de rodamientos de acero.
En los vehículos eléctricos, los rodamientos cerámicos contribuyen a mantener y prolongar la vida útil del vehículo, además de ampliar la autonomía de recorrido.
Conclusión
Los rodamientos cerámicos de Si3N4 pueden impulsar de manera significativa el desarrollo sostenido y saludable de la industria de los vehículos eléctricos gracias a sus ventajas de material. Un adecuado mantenimiento de rodamientos garantiza además su estabilidad operativa a largo plazo.
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