En el trabajo de investigación presentado en este artículo se ha desarrollado un modelo de cálculo del comportamiento de cojinetes hidrodinámicos lubricados con dos tipos de fluidos magnéticos: Ferrofluidos y Fluidos Magnetorheológicos. Se ha diseñado y fabricado un banco de ensayos para validar los modelos de este tipo cojinetes, cuyas principales dimensiones son: diámetro 50·10-3m, longitud 50·10-3m y holgura radial 100·10-6 m. Por otro lado, se ha simulado y caracterizado la intensidad del campo magnético desarrollado por medio de dos bobinas en el interior del cojinete. A continuación se ha estudiado la lubricación hidrodinámica con dos fluidos comerciales FERROTEC APG s10n y LORD MRF122-2ED. Como conclusiones del trabajo de IDEKO se ha obtenido un cojinete hidrodinámico activo que ha mejorado el comportamiento tanto en rigidez, capacidad de carga y estabilidad en condiciones de baja carga.
Los cojinetes lubricados están ampliamente extendidos en la industria actual, y sus principales ventajas frente a los sistemas de rodadura son el bajo rozamiento y la elevada precisión. Estos cojinetes pueden ser presurizados de forma externa, cojinetes hidrostáticos [1] o de forma interna gracias al movimiento relativo de componentes, cojinetes hidrodinámicos [2]. Uno de los principales problemas para este tipo de guiados es el rango de trabajo en lo que respecta a la velocidad de giro. El calor generado dentro del cojinete debido al rozamiento viscoso puede llevar a una excesiva dilatación de los componentes (eje –cojinete) y ello puede ocasionar el gripaje del mecanismo. Teniendo en cuenta las reducidas holguras con las que se trabaja en estos cojinetes y el calentamiento del propio fluido, el peligro de gripaje es real y elevado.
En la bibliografía se pueden encontrar cojinetes lubricados activos que han sido desarrollados para superar los inconvenientes señalados, principalmente cojinetes hidrostáticos lubricados con válvulas semiactivas para trabajar en lazo cerrado [3]. Para el caso de cojinetes hidrodinámicos, las prestaciones de dichos cojinetes depende de la geometría, principalmente la holgura (prácticamente imposible de ser modificada durante su funcionamiento), la velocidad de rotación del eje (habitualmente impuesta por el proceso) y las propiedades del fluido, en concreto su viscosidad. Este trabajo se centrará en analizar el comportamiento de cojinetes hidrodinámicos inteligentes lubricados con fluidos magnéticos [4], [5], cuya respuesta reológica se puede modular en función del campo magnético aplicado.
Cojinete hidrodinámico
Los cojinetes hidrodinámicos son mecanismos compuestos por principalmente dos elementos, eje cuyo radio se denominará a R y cojinete con radio c R , en ambos casos la longitud L . Continuando con la caracterización de los cojinetes, la holgura radial se define como c a C = R - R , la distancia relativa entre los puntos c a O O se denomina excentricidad e , siendo la excentricidad relativa e = e C , y el ángulo entre la carga aplicada W y la línea formada por los centros c a O O se denomina como f , ángulo de posicionado. En la figura 1 se puede observar una vista en sección de un cojinete hidrodinámico con los parámetros reflejados en esta descripción del mecanismo.
En esta clase de cojinetes, la ecuación que rige el comportamiento del fluido es la ecuación de Reynolds (Ec. 1), la cual para cojinetes de longitud infinita y en un sistema de coordenadas polares puede escribirse de la siguiente forma:
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