¿Qué es cojinete hidrodinámico?

Una película fluida formada por la presión dinámica de un lubricante líquido separa las dos superficies de fricción y soporta la carga. El lubricante líquido se coloca entre las dos superficies de fricción mediante el movimiento relativo de las dos superficies de fricción. Las condiciones para generar presión hidrodinámica son: Las dos superficies de fricción tienen suficiente velocidad relativa de movimiento; El lubricante tiene la viscosidad adecuada;

El espacio entre las dos superficies es convergente (este espacio es realmente muy pequeño, lo cual se exagera en la Figura 1 Dibujar), en En el movimiento relativo, el lubricante fluye desde el puerto grande al puerto pequeño del espacio, formando una cuña de aceite. Este fenómeno de carga de soporte generalmente se denomina carga de cuña de aceite (ver lubricación).

Después del mecanizado, las dos superficies de fricción son microscópicamente desiguales, como se muestra en la vista ampliada parcial de la Figura 1. En el transporte normal del rodamiento hidrodinámico, los picos microscópicos de las dos superficies en la película de aceite más delgada (conocida como el espesor mínimo de la película de aceite) no entran en contacto, por lo que las dos superficies no se desgastan. La fricción en este momento es completamente la fricción interna del aceite, y el coeficiente de fricción puede ser tan pequeño como 0,001. Cuanto menor sea la viscosidad del aceite, menor será el coeficiente de fricción, pero menor será el espesor mínimo de la película de aceite.

Por lo tanto, la viscosidad mínima del aceite está limitada por el espesor mínimo de la película de aceite. Cuando los picos microscópicos en las dos superficies en el contacto de espesor mínimo de la película de aceite, la película de aceite se rompe y la fricción y el desgaste aumentan. El trabajo de fricción hace que el aceite se caliente y reduce la viscosidad del aceite. Para hacer que la viscosidad del aceite sea más estable, generalmente se usa un sistema de suministro de aceite en circulación con un dispositivo de enfriamiento o se agregan al aceite aditivos que pueden reducir la sensibilidad a la temperatura del aceite (ver Lubricantes).

En el proceso de arranque y parada del cojinete hidrodinámico, debido a la baja velocidad, no puede formar una película de aceite que separe las dos superficies de fricción y es propensa al desgaste. Por lo tanto, el casquillo del cojinete o el revestimiento del cojinete debe estar hecho de material de cojinete deslizante. que puede trabajar en condiciones de contacto directo. El cojinete hidrodinámico requiere la geometría de superficie correcta y suave del muñón y el casquillo del cojinete, y una alineación precisa durante la instalación.

Los cojinetes hidrodinámicos se dividen en cojinetes radiales hidrodinámicos y cojinetes axiales hidrodinámicos. Los cojinetes radiales hidrodinámicos se dividen en cuña de aceite simple y cuña de aceite múltiple (ver tabla).

Tipo de rodamiento radial hidrodinámico

El cojinete radial de presión hidrodinámica de una sola cuña de aceitetiene un solo cojinete alrededor del muñón que lleva la cuña de aceite. La Figura 2 muestra un cojinete de cuña de aceite simple dividido. O es el centro geométrico del rodamiento y O j es el centro del muñón después de soportar la carga F. La conexión entre estos dos centros se llama línea de conexión. El ángulo agudo entre la línea central de conexión y la línea de acción de la carga.

Se llama ángulo de deflexión. El ángulo de la superficie de la almohadilla del cojinete que rodea el muñón se
denomina ángulo de envoltura del cojinete.
La cuña de aceite solo se puede generar en el ángulo de la envoltura del rodamiento. Cuando = 0, O j coincide con O , y el rodamiento no se puede cargar (por la cuña de aceite). Cuanto mayor es la carga, mayor es la excentricidad. Cuando = 1, el espesor mínimo de la película de aceite es cero, y el muñón y el cojinete están en contacto directo, y en ese momento se producirá una fricción y un desgaste graves. En el análisis matemático de la lubricación hidrodinámica, la viscosidad del aceite , la carga p (presión por unidad de área), la velocidad del eje ny el juego relativo del rodamiento

2 se denomina número característico del rodamiento. Para los rodamientos con un ángulo de envoltura dado y una relación de ancho a diámetro, el número de característica del rodamiento es solo una función de la excentricidad. Para rodamientos con condiciones de trabajo conocidas, la excentricidad y el espesor mínimo de la película de aceite se pueden obtener de esta función para verificar si el rodamiento puede lograr una lubricación hidrodinámica; también se puede determinar que el rodamiento puede soportar la excentricidad dada o la carga mínima de espesor de la película de aceite.

El número de característica del rodamiento refleja la relación entre carga, velocidad, viscosidad y juego relativo bajo lubricación hidrodinámica: Para rodamientos con grandes cargas y bajas velocidades, use lubricantes de alta viscosidad y pequeños juegos relativos; para pequeñas cargas y velocidades Para altos rodamientos, baja Deben utilizarse lubricantes de viscosidad y holguras relativas grandes.

El juego relativo tiene una gran influencia en el rendimiento del rodamiento. Además de la capacidad de carga o el espesor mínimo de la película de aceite, también afecta el consumo de energía, el aumento de temperatura y el flujo de aceite del rodamiento (Figura 3). Para rodamientos de diferentes tamaños y condiciones de trabajo, existe un rango de juego relativo óptimo, generalmente de 0,002 a 0,0002 mm.

La relación entre el ancho y el diámetro del rodamiento es otro parámetro importante que afecta el rendimiento del rodamiento. Cuanto menor sea la relación de aspecto, más aceite se pierde en ambos extremos del rodamiento y más grave será la caída de presión en la película de aceite, lo que reducirá significativamente la capacidad de carga del rodamiento. Cuando la relación de aspecto es grande, se requiere que la rigidez del eje sea grande y la precisión de alineación con el rodamiento es alta. La relación entre el ancho y el diámetro suele ser de 0,4 a 1.
El cojinete de cuña de aceite simple tiene una pequeña excentricidad a alta velocidad y carga ligera, que es propenso a la inestabilidad y produce oscilación de la película de aceite (gas). La oscilación de la película de aceite puede provocar accidentes graves, como daños al equipo. Por lo tanto, los cojinetes de cuña de aceite simple se utilizan principalmente en equipos mecánicos con velocidad media o superior o velocidad alta y carga pesada, como laminadores y máquinas herramienta en general.
Cojinetes radiales de presión hidrodinámica de cuña de aceite múltiple Cojinetescon dos o más cuñas de aceite alrededor del muñón. Antes de que el cojinete radial de cuña de aceite múltiple soporte la carga, es decir, cuando el centro del muñón coincide con el centro geométrico del cojinete, hay excentricidad en relación con el centro de curvatura de cada sección de la superficie de la pastilla, pero el valor de excentricidad es lo mismo, y la presión generada en la película de aceite de cada superficie de la almohadilla es la misma. Después de soportar la carga, algunos de estos valores excéntricos aumentan o disminuyen, y la presión de la película de aceite en cada superficie de baldosa disminuye o aumenta en consecuencia.La capacidad de carga del rodamiento es la suma vectorial de estas presiones de la película de aceite.

El rodamiento de cuña de aceite múltiple tiene una capacidad de carga menor que el rodamiento de cuña de aceite simple, pero la presión de la película de aceite se agrega al lado opuesto de la superficie de la almohadilla del rodamiento principal, lo que puede mejorar la estabilidad de la operación del rodamiento. Por lo tanto, los cojinetes radiales de cuña de aceite múltiple se utilizan principalmente para equipos de alta velocidad y carga ligera, como turbinas de vapor, turbinas eólicas y amoladoras de precisión. Hay muchos tipos de cojinetes radiales de cuña de aceite múltiple, y continúan apareciendo nuevas estructuras con mayores capacidades de amortiguación de vibraciones.
El cojinete de empuje hidrodinámico es un cojinete de empuje compuesto por varias cuñas de aceite. Su capacidad de carga es la suma de la presión de la película de aceite de cada cuña de aceite. A menudo se usa en equipos con velocidades medias o altas, como turbinas de agua, turbinas de vapor y compresores (ver cojinetes deslizantes de empuje).