Los rodamientos lubricados por sistemas hidrodinámicos son el tipo más importante de rodamientos normales, ya que la lubricación por líquido completa garantiza un servicio fiable sin que se produzca un desgaste excesivo al final. Se crea una capa de lubricación en estos rodamientos gracias al movimiento relativo de las superficies deslizantes. Este movimiento hace que el lubricante fluya en la ranura de lubricación debido a la adhesión de lubricante. La capa de soporte se origina desde la ranura estrecha en forma de V. En esta capa se crea un campo de presión hidrodinámica en el que la fuerza resultante debe estar en equilibrio con la fuerza de carga del rodamiento. En la siguiente ilustración se muestra un campo de presión hidrodinámica de un rodamiento esquemático.
Significado de las variables utilizadas:
|
d |
Diámetro de cojinete transversal [mm] |
|
D |
Diámetro interior del rodamiento [mm] |
|
e |
Excentricidad del cojinete transversal en el rodamiento [μm] |
|
F |
Fuerza de carga [N] |
|
h o |
Grosor mínimo de la capa de lubricación efectiva por hidrodinámica durante el funcionamiento del rodamiento [μm] |
|
L |
Anchura del rodamiento [mm] |
|
n |
Velocidad del cojinete transversal [min -1 ] |
El grosor de la capa de lubricación depende de la velocidad del movimiento relativo de las superficies deslizantes (la velocidad del cojinete transversal del rodamiento), de la viscosidad del lubricante y de una fuerza de carga activa. Debido a que las superficies deslizantes de las piezas de maquinaria nunca son perfectamente suaves ni lisas, su separación completa y la fricción con el líquido resultante sólo aseguran una capa de lubricación de un grosor mínimo concreto que requiere una velocidad de deslizamiento mínima para su creación. Si esta velocidad no se alcanza, el rodamiento funciona en condiciones de fricción máxima.
En la mayoría de los rodamientos, el flujo de la capa de soporte hidrodinámica es laminar y sólo cuando se dan velocidades de deslizamiento altas se puede crear un flujo con turbulencia. Cuando el cojinete transversal alcanza velocidades altas, puede producirse también una vibración lateral con la mitad de la frecuencia de velocidad. Para evitar estas condiciones, es preciso realizar una comprobación del rodamiento. Es necesario comprobar no sólo la velocidad mínima en el límite de la fricción máxima, sino también el límite de velocidad máxima.
El cálculo correspondiente a los rodamientos hidrodinámicos radiales normales se basa en la ecuación de Reynold, teniendo en cuenta el diseño real y las condiciones de funcionamiento del rodamiento. Para resolver la ecuación de Reynold, se emplean varias condiciones simplificadoras:
- El líquido lubricante no es comprimible; la velocidad de flujo es mucho menor que el límite de la velocidad del sonido.
- El flujo es regular, laminar e isotérmico; el líquido lubricante tiene una densidad, viscosidad y temperatura constantes en todo momento y en todos los puntos.
- La capa de lubricante de separación se mueve a la velocidad de transporte de las superficies deslizantes.
- La capa de lubricante es fina, por lo que la influencia de su curvatura se puede omitir y la capa se puede resolver realizando el cálculo en una dirección recta.
- La capa de lubricante se llena por completo con un lubricante de las mismas propiedades.
- El peso del lubricante y las fuerzas de inercia en la capa de lubricante son despreciables.
- El lubricante no fluye en la dirección del grosor de la capa de lubricante, debido a una presión constante en esa dirección.
- El efecto de la presión de entrada en el campo de presión del lubricante y el efecto de la parte de presión negativa de la capa de lubricante no se tienen en cuenta.
- Las desviaciones microgeométricas y macrogeométricas de las formas de las superficies deslizantes se convierten en formas geométricas ideales equivalentes; las desviaciones de las posiciones mutuas se ignoran.
- Las piezas del rodamiento son idealmente rígidas: su tamaño y su forma no cambian.
- Se toma como temperatura directriz la temperatura media del lubricante en la salida del rodamiento con el fin de determinar la viscosidad del lubricante para el cálculo.
Es preciso valorar hasta qué punto se cumplen estas suposiciones, ya que las piezas de los rodamientos no son rígidas y no tienen formas ni posiciones mutuas ideales debido a los procesos de fabricación, montaje y funcionamiento. El cambio de la viscosidad o incluso la densidad del lubricante, principalmente debido a los cambios de temperatura, puede provocar diferencias entre las propiedades reales del rodamiento y las propiedades calculadas. Cuando penetran aire y suciedad en la capa de lubricante además de líquido lubricante, el funcionamiento del rodamiento puede verse afectado en gran medida.