La storia e le dinamiche dei cuscinetti a film fluido, parte 1

I cuscinetti, per definizione, fanno girare il mondo. Senza cuscinetti, il movimento diventa esponenzialmente più difficile. I cuscinetti più comuni sono quelli volventi che utilizzano sfere o cilindri per consentire la rotazione all'interno di un sistema.

Nel settore dei motori e delle pompe, la maggior parte dei cuscinetti a film fluido sono di tipo idrodinamico e utilizzano il movimento per creare la pressione necessaria per separare le superfici. Sono comunemente lubrificati con un fluido newtoniano, come l'olio, che ha una portata direttamente proporzionale alla pressione applicata. La viscosità dell'olio è ciò che consente la formazione di film idrodinamico e pressione. Visualizza il film d'olio formato da tanti strati interni; ogni strato viene trascinato dallo strato superiore ad un multiplo della velocità dell'elemento in movimento. Questi strati all'interno dell'olio causano attrito. La forza necessaria per provocare il movimento dell'elemento mobile è direttamente proporzionale all'attrito tra lo strato d'olio. La viscosità è misurata e determinata dalla forza per superare questo attrito interno.

Se si riscontra che i guasti alla lubrificazione sono un problema comune durante l'ispezione dell'attrezzatura, si consiglia di valutare la viscosità dell'olio utilizzato. La temperatura, l'applicazione e il carico possono tutti svolgere un ruolo nell'efficienza della lubrificazione. Contattare l'OEM con tutti i dettagli dell'applicazione per indicazioni sull'olio corretto. Spesso le apparecchiature sono progettate per scopi generali ma possono essere modificate per adattarsi ad applicazioni specifiche. Se si sta prendendo in considerazione l'installazione di un nuovo sistema, assicurarsi che tutti i dettagli sulle condizioni operative siano forniti al produttore. La corretta lubrificazione può fare la differenza tra un'unità che funziona per 10 mesi e 10 anni.

Con questa comprensione della viscosità e dell'olio, è possibile esaminare come vengono manipolati per creare una pellicola d'olio per il sollevamento e la separazione per la rotazione dell'attrezzatura. Utilizzando un cuneo convergente e divergente, la pressione di progetto viene generata e rilasciata attraverso la compressione e il rilascio dell'olio. In un cuscinetto radiale, il foro è generalmente progettato per essere da 0,001 a 0,002 pollici più grande dell'albero. Ciò equivale a uno spazio compreso tra 0,005 e 0,010 pollici per un albero da 5 pollici.

Il gioco effettivo varia in base al produttore e all'applicazione. Questo gioco è ciò che consente la formazione dei cunei convergenti e divergenti. Quando l'olio viene attirato nella formazione a cuneo dalle forze di rotazione dell'albero, viene compresso in uno spazio più piccolo. Ciò fa sì che la pressione aumenti. Inoltre crea e consente il sollevamento del componente rotante. Quando l'olio lascia lo spazio compresso, viene trascinato in uno spazio non compresso lungo un cuneo divergente.

Quando una macchina è a riposo, può esistere un contatto metallo-metallo. Prima dell'avvio, è necessario applicare olio per consentire all'albero di sollevarsi e scivolare in posizione. A causa dell'attrito iniziale all'avvio, l'albero salirà leggermente sul lato del cuscinetto mentre la fornitura iniziale di olio viene aspirata nel cuneo convergente del cuscinetto. La pressione inizierà ad aumentare man mano che l'olio viene compresso, il che porterà alla separazione del contatto metallo-metallo. L'albero si sposterà quindi nella posizione operativa, mentre la pellicola di fluido si forma lungo il perno e il cuscinetto. Questo punto è a sinistra o a destra del carico, a seconda della rotazione.

In condizioni costanti, la forza sviluppata dal film d'olio è uguale al carico applicato in una posizione leggermente eccentrica. L'estremità più piccola del cuneo è dove si trova lo spessore minimo del film. I sistemi di cuscinetti all'interno di un motore o di una pompa sono progettati tenendo presente questa eccentricità. La perdita finale avrà un ruolo importante per quanto riguarda la fornitura di olio. È necessario depositare una quantità di olio sufficiente per consentire la formazione del film d'olio, poiché si verificano perdite terminali lungo il cuneo convergente. Questo è anche il punto in cui inizia il cuneo divergente.

Il cuneo divergente inizia quando viene superata la zona di pressione massima/spessore minimo del film. Consente il rilascio della pressione nella zona di gioco a bassa pressione del sistema. Questa zona di bassa pressione viene creata di fronte al carico del cuscinetto. È all'uscita della zona di carico che il cuneo divergente inizia a estrarre l'olio con pressione negativa. Le dimensioni dei cuscinetti, la velocità, il carico, la viscosità e la pressione di alimentazione determinano l'entità della pressione negativa che può esistere prima della rigenerazione della pressione positiva. La caduta di pressione nel cuneo divergente è più rapida poiché l'elemento rotante estrae l'olio, mentre il lato convergente ad alta pressione lo spinge fuori. Anche la perdita delle estremità è un fattore che determina la velocità con cui si verifica la caduta di pressione. Ciò consente all'olio di circolare per la dissipazione del calore e di rientrare nel cuneo convergente per ricominciare il processo.