¿Se ha planteado alguna vez cómo el aire puede revolucionar la tecnología de los rodamientos? Los cojinetes neumáticos, que utilizan una fina película de aire a presión para eliminar el contacto entre superficies, ofrecen una baja fricción sin precedentes, alta precisión y un amplio rango de temperaturas de funcionamiento. Este artículo profundiza en las características y aplicaciones únicas de los cojinetes neumáticos, desde aerodeslizadores hasta maquinaria de alta velocidad. Descubra cómo esta innovadora tecnología está estableciendo nuevos estándares en ingeniería y lo que significa para el futuro de los sistemas mecánicos.
El rodamiento es un concepto con el que la mayoría de la gente está familiarizada. El rodamiento, de uso común, es probablemente el más reconocible. Es un componente crucial de los equipos mecánicos modernos. Pero, ¿qué es exactamente un cojinete neumático?
La idea de utilizar gas como lubricante fue propuesta por primera vez por el francés G.A. Ian en 1854. No fue hasta 1896 cuando se introdujo el primer cojinete de aire.
Un cojinete de aire es un tipo de cojinete deslizante que utiliza gas como lubricante. El gas más utilizado para este fin es el aire, pero pueden utilizarse otros gases, como nitrógeno, argón, hidrógeno, helio o dióxido de carbono, según sea necesario. El gas se utiliza a menudo como lubricante en compresores, expansores y circuladores.
Un cojinete neumático funciona utilizando la presión de una película de aire para soportar la carga entre las superficies deslizantes del cojinete. Durante el funcionamiento, las superficies deslizantes están completamente separadas por la película de aire. Cojinetes neumáticos pertenecen a la categoría de cojinetes de deslizamiento fluido y utilizan la lubricación fluida, con aire como medio lubricante.
Según el mecanismo de formación de la película de aire a presión, cojinetes neumáticos se clasifican en dos tipos: cojinetes aerodinámicos y cojinetes aerostáticos.
La película de aire a presión en los cojinetes aerodinámicos se genera por el movimiento del par deslizante, que atrae aire hacia la zona de convergencia entre las superficies. El resultado es una película de aire en forma de cuña, como se muestra en la figura 1. Los cojinetes aerodinámicos se denominan "cojinetes de acción automática" porque no necesitan un suministro de aire externo.
En cambio, la película de aire a presión de los cojinetes aerostáticos se crea introduciendo aire comprimido procedente de una fuente externa en la superficie del par deslizante a través de un restrictor, como se muestra en la figura 2. Es importante señalar que los cojinetes aerostáticos requieren una fuente externa de aire limpio.
Fig. 1 Principio de funcionamiento del cojinete aerodinámico
Fig. 2 Principio de funcionamiento del cojinete aerostático
① Baja fricción
La viscosidad del aire es sólo una quinta parte de la del aceite mecánico nº 10 a temperatura ambiente. La fricción de un cojinete es directamente proporcional a su viscosidad, por lo que la fricción de un cojinete de gas es menor que la de un cojinete lubricado con líquido.
② Amplia gama de velocidades
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 centígrados. Los cojinetes aerostáticos también pueden utilizarse a velocidades muy bajas o incluso a velocidad cero.
③ Amplia gama de temperaturas
El gas puede seguir siéndolo en una amplia gama de temperaturas y su viscosidad se ve relativamente poco afectada por los cambios de temperatura. Por ejemplo, cuando la temperatura aumenta de 20 a 100 grados Celsius, la viscosidad del aire aumenta sólo 23%. Como resultado, los cojinetes de gas se pueden utilizar en una gama de temperaturas de -265 a 1650 grados Celsius.
④ Baja capacidad de carga
La capacidad de carga de los cojinetes hidrodinámicos es directamente proporcional a su viscosidad. La capacidad de carga de un cojinete hidrodinámico de gas es sólo unas milésimas de la de un cojinete hidrodinámico de 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 superficie proyectada 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 cojinetes de gas, se debe utilizar una película de gas más pequeña. holgura del cojinete (menos de 0,015 mm) en comparación con los rodamientos lubricados por líquido. Esto requiere la correspondiente mejora de la precisión de los componentes.
Los cojinetes neumáticos son una nueva tipo de rodamiento que se apoyan en la energía potencial aeroelástica. A diferencia de los cojinetes tradicionales, los cojinetes neumáticos utilizan aire como único lubricante y son ideales para aplicaciones en las que no está permitida la contaminación.
En los cojinetes de aire, el cojinete de bolas tradicional se sustituye por un colchón de aire. Un ejemplo muy conocido de cojinetes de aire en acción son los aerodeslizadores. Enormes ventiladores soplan aire bajo el aerodeslizador, que se impide escapar mediante una "falda" de goma elástica. La alta presión de aire resultante soporta el peso del casco y hace que el aerodeslizador flote sobre el colchón de aire.
Los cojinetes de gas se utilizan y estudian cada vez más desde la década de 1950. En la actualidad, se utilizan en diversas aplicaciones, como maquinaria textil, maquinaria de cables, máquinas herramienta para instrumentos, giroscopios, centrifugadoras de alta velocidad, taladros dentales, frigoríficos de baja temperatura, expansores de hidrógeno y circuladores de gas de alta temperatura.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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