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Jul 11, 2023

A História e Dinâmica dos Rolamentos de Filme Fluido, Parte I

Os rolamentos, por definição, mantêm o mundo girando. Sem rolamentos, o movimento se torna exponencialmente mais difícil. Os rolamentos mais comuns são rolamentos de elementos rolantes que utilizam esferas ou cilindros

Os rolamentos, por definição, mantêm o mundo girando. Sem rolamentos, o movimento se torna exponencialmente mais difícil. Os rolamentos mais comuns são rolamentos de elementos rolantes que usam esferas ou cilindros para permitir que a rotação ocorra dentro de um sistema.

Na indústria de motores e bombas, a maioria dos rolamentos de película fluida são de projeto hidrodinâmico que usa movimento para criar a pressão necessária para forçar a separação das superfícies. Eles são comumente lubrificados com um fluido newtoniano, como o óleo, que possui uma vazão diretamente proporcional à pressão aplicada. A viscosidade do óleo é o que permite a formação de filme hidrodinâmico e pressão. Visualize a película de óleo composta por diversas camadas internas; cada camada é desenhada pela camada acima em um múltiplo da velocidade do elemento em movimento. Essas camadas dentro do óleo causam atrito. A força necessária para causar movimento no elemento móvel é diretamente proporcional ao atrito entre a camada de óleo. A viscosidade é medida e determinada pela força para superar esse atrito interno.

Se as falhas de lubrificação forem um problema comum durante a inspeção do equipamento, é recomendável avaliar a viscosidade do óleo usado. Temperatura, aplicação e carga podem influenciar a eficiência da lubrificação. Entre em contato com o OEM com todos os detalhes da aplicação para obter orientação sobre o óleo correto. Freqüentemente, o equipamento é projetado para fins gerais, mas pode ser modificado para atender a aplicações específicas. Se estiver pensando em instalar um novo sistema, certifique-se de que todos os detalhes sobre as condições operacionais sejam fornecidos ao fabricante. A lubrificação correta pode significar a diferença entre uma unidade funcionando por 10 meses e 10 anos.

Com esta compreensão da viscosidade e do óleo, pode-se examinar como ele é manipulado para criar uma película de óleo para elevação e separação para rotação do equipamento. Usando uma cunha convergente e divergente, a pressão de projeto é gerada e liberada através da compressão e liberação do óleo. Em um rolamento radial, o furo é normalmente projetado para ser 0,001 a 0,002 polegadas maior que o eixo. Isso equivale a 0,005 a 0,010 polegadas de folga para um eixo de 5 polegadas.

A folga real varia de acordo com o fabricante e a aplicação. Essa folga é o que permite a formação das cunhas convergentes e divergentes. À medida que o óleo é aspirado para a formação da cunha pelas forças rotacionais do eixo, ele é comprimido em um espaço menor. Isso faz com que a pressão aumente. Ele também cria e permite a elevação do componente rotativo. À medida que o óleo sai do espaço comprimido, ele é arrastado para um espaço não comprimido ao longo de uma cunha divergente.

Quando uma máquina está em repouso, pode existir contato metal com metal. Antes da partida, deve-se aplicar óleo para permitir que o eixo suba e deslize para a posição. Devido ao atrito inicial na partida, o eixo subirá ligeiramente pela lateral do rolamento à medida que o suprimento inicial de óleo for aspirado para a cunha convergente do rolamento. A pressão começará a aumentar à medida que o óleo é comprimido, o que levará à separação do contato metal com metal. O eixo então mudará para a posição operacional, à medida que a película de fluido se forma ao longo do munhão e do rolamento. Este ponto fica à esquerda ou à direita da carga, dependendo da rotação.

Sob condições consistentes, a força desenvolvida pela película de óleo é igual à carga aplicada numa posição ligeiramente excêntrica. A extremidade menor da cunha é onde está a espessura mínima do filme. Os sistemas de rolamentos dentro de um motor ou bomba são projetados tendo essa excentricidade em mente. O vazamento final terá um fator importante em relação ao óleo fornecido. Deve ser depositado óleo suficiente para permitir a formação da película de óleo, pois o vazamento final ocorre ao longo da cunha convergente. Este é também o ponto onde começa a cunha divergente.

A cunha divergente começa quando a zona de pressão máxima/espessura mínima do filme é ultrapassada. Ele permite que a pressão seja liberada na zona livre de baixa pressão no sistema. Esta zona de baixa pressão é criada em frente à carga do rolamento. É na saída da zona de carga que a cunha divergente começa a extrair óleo com pressão negativa. As dimensões do rolamento, velocidade, carga, viscosidade e pressão de alimentação determinam a extensão da pressão negativa que pode existir antes da regeneração da pressão positiva. A queda de pressão na cunha divergente é mais rápida à medida que o elemento rotativo extrai o óleo, enquanto o lado convergente de alta pressão o empurra para fora. O vazamento final também é um fator que determina a taxa na qual ocorre a queda de pressão. Isso permite que o óleo faça um ciclo para dissipação de calor e reentrada na cunha convergente para iniciar o processo novamente.