O melhor guia para rolamentos pneumáticos: O que faz com que eles se destaquem

O que é rolamento de ar

Rolamento é um conceito com o qual a maioria das pessoas está familiarizada. O rolamento, que é comumente usado, é provavelmente o mais conhecido. Ele é um componente essencial dos equipamentos mecânicos modernos. Mas o que é exatamente um rolamento pneumático?

A ideia de usar gás como lubrificante foi proposta pela primeira vez pelo francês G.A. Ian em 1854. Foi somente em 1896 que o primeiro rolamento a ar foi introduzido.

Um rolamento pneumático é um tipo de rolamento deslizante que usa gás como lubrificante. O gás mais comum usado para essa finalidade é o ar, mas outros gases, como nitrogênio, argônio, hidrogênio, hélio ou dióxido de carbono, podem ser usados conforme necessário. O gás é frequentemente usado como lubrificante em compressores, expansores e circuladores.

Um rolamento pneumático opera usando a pressão de um filme de ar para suportar a carga entre as superfícies deslizantes do rolamento. Durante a operação, as superfícies deslizantes são completamente separadas pelo filme de ar. Rolamentos de ar pertencem à categoria de rolamentos deslizantes fluidos e usam lubrificação fluida, com ar como meio de lubrificação.

De acordo com o mecanismo de formação do filme de ar sob pressão, rolamentos de ar são categorizados em dois tipos: rolamentos aerodinâmicos e rolamentos aerostáticos.

A película de ar de pressão nos mancais aerodinâmicos é gerada pelo movimento do par deslizante, que atrai o ar para a área de convergência entre as superfícies. Isso resulta em uma película de ar em forma de cunha, conforme ilustrado na Figura 1. Os mancais aerodinâmicos são chamados de "mancais de ação automática" porque não requerem um suprimento de ar externo.

Por outro lado, o filme de ar sob pressão nos rolamentos aerostáticos é criado pela introdução de ar comprimido de uma fonte externa na superfície do par deslizante por meio de um restritor, conforme mostrado na Figura 2. É importante observar que os rolamentos aerostáticos exigem uma fonte de ar externa limpa.

Fig. 1 Princípio de funcionamento do rolamento aerodinâmico

Fig. 2 Princípio de funcionamento do rolamento aerostático

Características do rolamento de ar

① Baixo atrito

O gás tem uma viscosidade muito menor em comparação com os líquidos, sendo que a viscosidade do ar é apenas um quinto da viscosidade do óleo mecânico nº 10 em temperatura ambiente. O atrito de um rolamento é diretamente proporcional à sua viscosidade, o que faz com que o atrito de um rolamento a gás seja menor do que o de um rolamento lubrificado com líquido.

② Ampla faixa de velocidade

Os rolamentos a gás têm baixo atrito e geram pouco calor, mesmo em altas velocidades de até 50.000 RPM, com um aumento de temperatura de apenas 20 a 30 graus Celsius. Os rolamentos aerostáticos também podem ser usados em velocidades muito baixas ou até mesmo em velocidade zero.

③ Ampla faixa de temperatura

O gás pode permanecer como gás em uma ampla faixa de temperaturas e sua viscosidade não é relativamente afetada pelas mudanças de temperatura. Por exemplo, quando a temperatura aumenta de 20 para 100 graus Celsius, a viscosidade do ar aumenta em apenas 23%. Como resultado, os rolamentos a gás podem ser usados em uma faixa de temperatura de -265 a 1650 graus Celsius.

④ Baixa capacidade de carga

A capacidade de carga dos rolamentos hidrodinâmicos é diretamente proporcional à sua viscosidade. A capacidade de carga de um rolamento hidrodinâmico a gás é apenas alguns milésimos da capacidade de um rolamento hidrodinâmico líquido do mesmo tamanho. A compressibilidade do gás também limita a capacidade de carga de um rolamento hidrodinâmico a gás, com uma carga máxima típica por unidade de área projetada de 0,36 MPa.

⑤ Alta precisão de usinagem

Para aumentar a capacidade de suporte de carga e a rigidez do filme de gás dos rolamentos de gás, é necessário um folga do rolamento (menos de 0,015 mm) geralmente é usado em comparação com os rolamentos lubrificados com líquido. Isso exige uma melhoria correspondente na precisão dos componentes.

Aplicação do rolamento de ar

Os rolamentos pneumáticos são uma nova tipo de rolamento que dependem da energia potencial aeroelástica para obter suporte. Diferentemente dos rolamentos tradicionais, os rolamentos pneumáticos usam o ar como único lubrificante e são ideais para aplicações em que não é permitida a poluição.

Nos rolamentos a ar, o rolamento de esferas tradicional é substituído por uma almofada de ar. Um exemplo bem conhecido de rolamentos de ar em ação é o dos hovercrafts. Enormes ventiladores sopram ar sob o hovercraft, que é impedido de escapar por uma "saia" de borracha elástica. A alta pressão de ar resultante suporta o peso do casco, fazendo com que o hovercraft flutue sobre o colchão de ar.

Os mancais a gás têm sido cada vez mais usados e estudados desde a década de 1950. Atualmente, eles são usados em diversas aplicações, incluindo máquinas têxteis, máquinas para cabos, máquinas-ferramentas para instrumentos, giroscópios, centrífugas de alta velocidade, brocas odontológicas, refrigeradores de baixa temperatura, expansores de hidrogênio e circuladores de gás de alta temperatura.