¿Qué es el cojinete de aire?
El rodamiento es un concepto con el que la mayoría de la gente está familiarizada. El rodamiento más utilizado es probablemente el más reconocible. Es un componente crucial de los equipos mecánicos modernos. Pero ¿qué es exactamente un rodamiento neumático?
La idea de utilizar gas como lubricante fue propuesta por primera vez por el francés GA Ian en 1854. No fue hasta 1896 que se introdujo el primer cojinete neumático.
Un rodamiento neumático es un tipo de rodamiento deslizante que utiliza gas como lubricante. El gas más común utilizado para este fin es el aire, pero según sea necesario se pueden utilizar otros gases como nitrógeno, argón, hidrógeno, helio o dióxido de carbono. El gas se utiliza a menudo como lubricante en compresores, expansores y circuladores.
Un rodamiento neumático funciona utilizando la presión de una película de aire para soportar la carga entre las superficies deslizantes del rodamiento. Durante el funcionamiento, las superficies deslizantes están completamente separadas por una película de aire. Los rodamientos neumáticos pertenecen a la categoría de rodamientos deslizantes fluidos y utilizan lubricación fluida, con aire como medio lubricante.
Según el mecanismo de formación de la película de aire bajo presión, los rodamientos neumáticos se clasifican en dos tipos: rodamientos aerodinámicos y rodamientos aerostáticos.
La película de aire bajo presión en los cojinetes aerodinámicos se genera mediante el movimiento del par deslizante, que atrae aire hacia el área de convergencia entre las superficies. Esto da como resultado una película de aire en forma de cuña, como se ilustra en la Figura 1. Los cojinetes aerodinámicos se denominan "cojinetes de acción automática" porque no requieren un suministro de aire externo.
Por el contrario, la película de aire presurizado en los cojinetes aerostáticos se crea introduciendo aire comprimido desde una fuente externa a la superficie del par deslizante a través de un restrictor, como se muestra en la Figura 2. Es importante tener en cuenta que los cojinetes aerostáticos requieren una fuente de aire limpio. aire exterior.
Fig. 1 Principio de funcionamiento del rodamiento aerodinámico.
Fig. 2 Principio de funcionamiento del rodamiento aerostático.
Características de los cojinetes de aire
① Baja fricción
El gas tiene una viscosidad mucho menor en comparación con los líquidos, siendo la viscosidad del aire sólo una quinta parte de la del aceite mecánico No. 10 a temperatura ambiente. La fricción de un rodamiento es directamente proporcional a su viscosidad, lo que hace que la fricción de un rodamiento de gas sea menor que la de un rodamiento lubricado con líquido.
② Amplio rango de velocidad
Los cojinetes de gas tienen baja fricción y generan poco calor, incluso a altas velocidades de hasta 50.000 RPM, con un aumento de temperatura de sólo 20 a 30 grados Celsius. Los rodamientos aerostáticos también se pueden utilizar a velocidades muy bajas o incluso a velocidades cero.
③ Amplio rango de temperatura
El gas puede permanecer gaseoso en un amplio rango de temperaturas y su viscosidad relativamente no se ve afectada por los cambios de temperatura. Por ejemplo, cuando la temperatura aumenta de 20 a 100 grados centígrados, la viscosidad del aire aumenta sólo un 23%. Como resultado, los cojinetes de gas se pueden utilizar en un rango de temperatura de -265 a 1.650 grados Celsius.
④ Baja capacidad de carga
La capacidad de carga de los rodamientos hidrodinámicos es directamente proporcional a su viscosidad. La capacidad de carga de un cojinete hidrodinámico de gas es sólo unas pocas milésimas de la de un cojinete hidrodinámico líquido del mismo tamaño. La compresibilidad del gas también limita la capacidad de carga de un cojinete hidrodinámico de gas, con una carga máxima típica por unidad de área de diseño de 0,36 MPa.
⑤ Alta precisión de mecanizado
Para aumentar la capacidad de carga y la rigidez de la película de gas de los rodamientos de gas, generalmente se utiliza una holgura más pequeña (menos de 0,015 mm) en comparación con los rodamientos lubricados con líquido. Esto requiere una mejora correspondiente en la precisión de los componentes.
Aplicación de cojinetes de aire
Los rodamientos neumáticos son un nuevo tipo de rodamiento que depende de la energía potencial aeroelástica para su soporte. A diferencia de los rodamientos tradicionales, los rodamientos neumáticos utilizan aire como único lubricante y son ideales para aplicaciones donde no se permite la contaminación.
En los rodamientos neumáticos, el tradicional rodamiento de bolas se sustituye por un colchón de aire. Un ejemplo bien conocido de cojinetes de aire en acción son los aerodeslizadores. Enormes ventiladores soplan aire debajo del aerodeslizador, que se impide escapar mediante un “faldón” de goma elástica. La alta presión del aire resultante soporta el peso del casco, lo que hace que el aerodeslizador flote sobre el colchón de aire.
Los cojinetes de gas se han utilizado y estudiado cada vez más desde la década de 1950. Hoy en día, se utilizan en una variedad de aplicaciones, incluidas máquinas textiles, máquinas de cables, máquinas herramienta de instrumentos, giroscopios, centrífugas de alta velocidad, taladros dentales, refrigeradores de baja temperatura. expansores de hidrógeno y circuladores de gas de alta temperatura.
