Em razão das pautas de proteção ambiental, a indústria de veículos elétricos tem crescido rapidamente nos últimos anos.
Os veículos elétricos na China alcançaram 2,132 milhões em 2021. Em comparação com 418 mil unidades em 2016, a produção de veículos elétricos aumentou cerca de 5,1 vezes em apenas 5 anos. Para uma análise mais aprofundada da demanda futura do mercado, consulte os dados recentes Tendências do mercado de veículos elétricos.
Diferenças no sistema de propulsão entre veículos elétricos e a combustão
A principal diferença entre os carros elétricos e os veículos tradicionais a combustão está no sistema de propulsão.
O sistema de um veículo a combustão reúne um grande número de componentes móveis, como engrenagens, pistões, válvulas e virabrequins, entre outros.
Seu princípio de funcionamento baseia-se na combustão do combustível para gerar energia no motor de combustão interna, com o processo controlado pela transmissão.
Em contrapartida, o sistema do carro elétrico utiliza a energia do veículo e é acionado pelo motor elétrico, tendo sua velocidade controlada pelo controlador.
Como é sabido, quanto maior o número de componentes móveis no sistema a combustão, maior é a quantidade de peças sujeitas a desgaste e, inclusive, a falhas do veículo.
Em contrapartida, o sistema do veículo elétrico possui menos componentes móveis, e sua peça móvel mais importante é a esfera do rolamento utilizada no eixo do motor.
Assim, sob esse aspecto, o sistema do carro elétrico é superior ao sistema convencional de veículos a combustão.
Além disso, nos carros elétricos, a qualidade dos rolamentos no eixo do motor determina diretamente o desempenho do veículo.
Por que os rolamentos cerâmicos são superiores aos de aço
Em geral, as esferas e os rolos convencionais dos rolamentos no eixo do motor dos carros elétricos são fabricados em aço. No entanto, existe uma alternativa superior.
Quando comparados aos rolamentos de aço, as cerâmicas oferecem maior eficiência. Rolamentos cerâmicos, disponíveis em configurações integralmente cerâmicas ou híbridas , são prioridade para aplicações exigentes.
Em particular, os rolamentos cerâmicos de nitreto de silício (Si3N4) representam um diferencial estratégico para a indústria de veículos elétricos.
Fabricação avançada de rolamentos cerâmicos de Si3N4
No que se refere aos rolamentos cerâmicos em Si3N4, a Lily conta com mais de 20 anos de experiência em fabricação.
Durante o processo de fabricação das esferas cerâmicas, os pesquisadores desenvolveram pó bruto de nitreto de silício (Si3N4) e estudaram cuidadosamente suas propriedades, incluindo tamanho de partículas, densidade, simetria e teor de umidade, entre outros fatores.
Em comparação com outros materiais cerâmicos, o nitreto de silício permanece a escolha ideal para aplicações de alta velocidade em veículos elétricos.
Após a adição de um aglutinante químico, o pó foi conformado em pré-formas antes de seguir para as etapas de retificação, tamboreamento e polimento.
As esferas foram submetidas ao processo denominado “prensagem isostática a quente (HIP)”, que aplica simultaneamente pressão e calor.
Esse processo pode aumentar a dureza e a tenacidade dos rolamentos cerâmicos, além de ajudar a evitar a fadiga de contato de rolamento.
Graças a esse processo, os rolamentos cerâmicos não lascam, não fraturam nem falham com facilidade, mesmo sob condições extremas.
Eles são considerados de “grau aeroespacial”. De fato, o próprio material cerâmico desempenha um papel fundamental.
Esse material apresenta vantagens evidentes que outros materiais não oferecem.
Principais vantagens dos rolamentos cerâmicos de Si3N4 em veículos elétricos
Leveza
Quando se trata de rolamentos, quanto menor o peso, melhor. Os rolamentos cerâmicos de Si3N4 são a melhor escolha.
O peso do Si3N4 é inferior ao do aço, e as pistas dos rolamentos cerâmicos pesam menos da metade das pistas de aço.
No caso dos engenheiros de veículos elétricos, a preferência é por rolamentos de menor peso.
Alta rigidez e alta resistência
Os rolamentos cerâmicos não são apenas mais leves que os de aço; também apresentam maior resistência e dureza.
Os rolamentos cerâmicos são duas vezes mais duros que os rolamentos de aço, mais de 60% superiores em dureza ao aço e menos suscetíveis à deformação.
Esse é um aspecto relevante para a vida útil e a eficiência dos rolamentos.
Baixo atrito
Em comparação com os rolamentos de aço, as esferas dos rolamentos cerâmicos em Si3N4 geram menos atrito e menos calor no conjunto do rolamento.
Isso significa menor necessidade de lubrificante, menor desgaste, menor solicitação das pistas de rolamento e temperaturas de operação mais baixas.
Resistência a altas temperaturas
Os rolamentos cerâmicos também podem suportar altas temperaturas.
Mesmo operando em temperaturas acima de 1.000°C, eles não sofrem a expansão causada por temperaturas extremamente elevadas.
Essas temperaturas elevadas superam amplamente os requisitos de operação automotiva.
Isolamento elétrico
Para veículos elétricos, outra vantagem dos rolamentos cerâmicos de Si3N4 — e, possivelmente, uma das mais importantes — é o isolamento elétrico.
A corrente elétrica pode acelerar a falha do rolamento; por isso, materiais de rolamento com resistência elétrica ajudam a evitar falhas desnecessárias.
Como é sabido, o nitreto de silício (Si3N4) apresenta resistência elétrica, o que normalmente representa uma vantagem em praticamente todas as aplicações de rolamentos.
Quando tensões elevadas de automóveis acionam motores, pode ocorrer facilmente corrugação elétrica no interior do rolamento devido à fuga de corrente, o que pode, em última instância, levar à falha prematura.
Se forem utilizados rolamentos de aço, a única alternativa é revestir o aço com um material isolante, o que acrescenta complexidade ao processo de fabricação e aumenta o risco de contaminação.
O setor automotivo, com exigências de alto volume e alta escala, não comporta processos de fabricação complexos; por isso, os rolamentos cerâmicos de Si3N4 tornam-se a primeira escolha.
Além disso, o nitreto de silício apresenta a propriedade de estar incorporado à própria estrutura do material.
Longevidade
Em comparação com os rolamentos de aço, os rolamentos cerâmicos oferecem vida útil mais longa.
Os rolamentos cerâmicos ajudam a evitar os custos elevados e o desperdício desnecessário decorrentes da substituição frequente dos rolamentos de aço.
Em veículos elétricos, os rolamentos cerâmicos contribuem para manter e ampliar a vida útil do veículo, além de proporcionar maior autonomia de percurso.
Conclusão
Os rolamentos cerâmicos de Si3N4 podem impulsionar significativamente o desenvolvimento sustentável e consistente da indústria de veículos elétricos, graças às vantagens de seu material. A correta manutenção de rolamentos contribui ainda mais para a estabilidade operacional de longo prazo.
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