Un cojinete de joyas es un cojinete liso en el que un eje de metal gira en un orificio de pivote revestido de joyas . El orificio suele tener forma de toro y es ligeramente más grande que el diámetro del eje. Las joyas suelen estar hechas de corindón mineral , normalmente zafiro sintético o rubí sintético . Los rodamientos tipo joya se utilizan en instrumentos de precisión donde son importantes la baja fricción, la larga vida útil y la precisión dimensional. Su principal uso es en relojes mecánicos .
Los cojinetes de joyas fueron inventados en 1704 para su uso en relojes por Nicolas Fatio de Duillier , Peter Debaufre y Jacob Debaufre, quienes recibieron una patente inglesa por la idea. Originalmente se utilizaban joyas naturales, como diamante , zafiro , rubí y granate . En 1902, Auguste Verneuil inventó un proceso para fabricar zafiro y rubí sintéticos ( óxido de aluminio cristalino , también conocido como corindón ) , lo que abarató mucho los rodamientos con joyas. Hoy en día, la mayoría de los cojinetes con joyas son de rubí o zafiro sintéticos.
Históricamente, los pivotes de joyería se fabricaban mediante pulido con abrasivo de diamante. [1] Los pivotes de joyería modernos a menudo se fabrican utilizando láseres de alta potencia, grabado químico y fresado ultrasónico .
Durante la Segunda Guerra Mundial, los cojinetes de joyas fueron uno de los productos restringidos por la Junta de Producción de Guerra del gobierno de los Estados Unidos por ser críticos para el esfuerzo bélico. [2]
Las ventajas de los rodamientos tipo joya incluyen alta precisión, tamaño y peso muy pequeños, fricción baja y predecible, buena estabilidad de temperatura y la capacidad de operar sin lubricación y en ambientes corrosivos. Son conocidos por su baja fricción cinética y su fricción estática altamente consistente . [3] El coeficiente de fricción estático del latón sobre acero es 0,35, mientras que el del zafiro sobre acero es 0,10-0,15. [3] [4] Las superficies de zafiro son muy duras y duraderas, con una dureza Mohs de 9 y una dureza Knoop de 1800, [5] y pueden mantener la suavidad durante décadas de uso, lo que reduce la variabilidad de la fricción. [3] Las desventajas incluyen fragilidad y fragilidad, disponibilidad y aplicabilidad limitadas en tamaños y capacidades de rodamientos medianos y grandes, y variaciones de fricción si la carga no es axial. Al igual que otros rodamientos, la mayoría de los pivotes con joyas utilizan lubricación con aceite para reducir la fricción. [6]
El uso predominante de los rodamientos de joyas es en relojes mecánicos , donde su baja y predecible fricción mejora la precisión del reloj y mejora la vida útil del rodamiento. Los fabricantes tradicionalmente enumeraban el número de joyas en un lugar destacado en la esfera o el fondo del reloj, como elemento publicitario. Un reloj típico , completamente enjoyado , solo tiene 17 joyas: dos joyas de tapa, dos joyas de pivote y una joya de impulso para el volante , dos joyas de pivote y dos joyas de paleta para la horquilla de paleta , y dos joyas de pivote cada una para el escape, cuarto , tercera y central. En los relojes de cuarzo modernos, el cronometrador es un cristal de cuarzo en un circuito electrónico que alimenta un pequeño motor paso a paso . Debido a la pequeña cantidad de torque necesaria para mover las manecillas, casi no hay presión sobre los rodamientos y no hay ganancia real al usar un rodamiento de joyas, por lo que no se usan en una gran proporción de movimientos de cuarzo.
El otro uso importante de los cojinetes con joyas es en instrumentos de medición mecánicos sensibles. Por lo general, se utilizan para vínculos delicados que deben soportar fuerzas muy pequeñas, en instrumentos como galvanómetros , brújulas , giroscopios , cardanes , indicadores de cuadrante , calibradores de cuadrante y medidores de flujo de turbina. En estos instrumentos, los cojinetes de joyas se utilizan a menudo como pivotes para sus agujas, que deben moverse de forma fiable y con baja variabilidad incluso al medir pequeños cambios. Los orificios de los rodamientos suelen ser menores de 1 mm y soportan cargas que pesan menos de 1 gramo , aunque se fabrican con un tamaño de hasta 10 mm y pueden soportar cargas de hasta aproximadamente 500 g. [3] Su uso ha disminuido con la popularización de los instrumentos de medición digitales.