Os rolamentos lubrificados por sistemas hidrodinâmicos são o tipo mais importante de rolamentos padrão, por que a lubrificação totalmente líquida garante seu serviço confiável sem muito desgaste no final. Uma camada de lubrificação é criada nestes rolamentos graças ao movimento relativo das superfícies deslizantes. Este movimento faz com que o lubrificante flua na ranhura de lubrificação devido à adesão do lubrificante. A camada de suporte é originada na ranhura estreita em forma de V. Nesta camada é criado um campo de pressão hidrodinâmico em que a força resultante deve estar em equilíbrio com a força de carga do rolamento. Na seguinte ilustração é exibido um campo de pressão hidrodinâmico de um rolamento esquemático. Na seguinte ilustração é exibido um campo de pressão hidrodinâmico de um rolamento esquemático.
Significado das variáveis utilizadas:
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d |
Diâmetro do pino de articulação [mm] |
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D |
Diâmetro do rolamento [mm] |
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e |
Excentricidade do pino de articulação no rolamento [μm] |
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C |
Força de carga [N] |
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h o |
Espessura mínima da camada de lubrificação efetiva por hidrodinâmica durante o funcionamento do rolamento [μm] |
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L |
Largura do rolamento [mm] |
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n |
Velocidade do pino de articulação [min. -1 ] |
A espessura da camada de lubrificação depende da velocidade do movimento relativo das superfícies deslizantes (a velocidade do pino de articulação do rolamento), da viscosidade do lubrificante e de uma força de carga ativa. Devido as superfícies deslizantes das peças de maquinaria nunca serem perfeitamente uniformes nem lisas, sua separação total e subsequente atrito líquido só asseguram uma camada de lubrificação de uma espessura mínima em particular que necessita de uma velocidade mínima de deslizamento para sua criação. Se esta velocidade não é atingida, o rolamento funciona em condições de atrito máximo.
Na maioria dos rolamentos, o fluxo da camada de suporte hidrodinâmica é laminar. Um fluxo com turbulência pode ser criado somente durante altas velocidades de deslizamento. Durante altas velocidades do pino de articulação, uma vibração lateral com a metade da frequência de velocidade também pode ser ocorrer. Para evitar estas condições, é necessário executar uma verificação do rolamento. É necessário verificar não só a velocidade mínima no limite do atrito máximo, mas também para o limite de velocidade máxima.
O cálculo correspondente aos rolamentos hidrodinâmicos radiais normais é baseado na solução da equação de Reynold, tendo em conta o projeto real e as condições de funcionamento do rolamento. Para resolver a equação de Reynold, são empregadas várias condições simplificadoras:
- O líquido lubrificante não é compressível; a velocidade de fluxo é muito menor que o limite da velocidade do som.
- O fluxo é regular, laminar e isotérmico; o líquido lubrificante tem uma densidade, viscosidade e temperatura constantes e em todos os lugares.
- A camada de lubrificante limitador move à velocidade de transporte das superfícies deslizantes.
- A camada de lubrificante é fina, então a influência de sua curvatura pode ser omitida e a camada pode ser resolvida executando o cálculo em uma direção reta.
- A camada de lubrificante é preenchida por completo com um lubrificante com as mesmas propriedades.
- O peso do lubrificante e as forças de inércia na camada de lubrificante são insignificantes.
- O lubrificante não flui na direção da espessura da camada de lubrificante, devido a uma pressão constante nessa direção.
- O efeito da pressão de entrada no campo de pressão do lubrificante e o efeito da pressão negativa da camada de lubrificante não são levados em conta.
- Os desvios microgeométricos e macrogeométricos das formas das superfícies deslizantes são convertidas em formas geométricas ideais equivalentes; desvios das posições mútuas são ignoradas.
- As peças do rolamento são idealmente rígidas: elas não alteram seu tamanho e forma.
- Uma temperatura média é tirada na saída do rolamento para temperatura diretiva para determinar a viscosidade do lubrificante para o cálculo.
É preciso analisar até que ponto estas suposições estão satisfeitas, por que as peças dos rolamentos não são rígidas e nem têm formas e posições mútuas ideais devido aos processos de fabricação, montagem e funcionamento. Variação da viscosidade do lubrificante ou mesmo densidade, principalmente devido às mudanças de temperatura, pode resultar em diferenças de propriedade calculada e real dos rolamentos. Quando penetram ar e sujeira na camada de lubrificante junto com o líquido lubrificante, o funcionamento do rolamento pode ser altamente afetado.