Estudio teórico de eficiencia de regulación de caudal de lubricante de salida sobre el ejemplo de un cojinete de aerostático de dos hileras con microcanales longitudinales y un sistema de estrangulamiento combinado externo
Autores: Kodnyanko, Vladimir; Shatokhin, Stanislav; Kurzakov, Andrey; Pikalov, Yuri; Strok, Lilia; Pikalov, Iakov; Grigorieva, Olga; Brungardt, Maxim
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Estudio teórico de eficiencia de regulación de caudal de lubricante de salida sobre el ejemplo de un cojinete de aerostático de dos hileras con microcanales longitudinales y un sistema de estrangulamiento combinado externo
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Rodamientos aerostáticos
Cumplimiento
Capacidad de carga
Microcanales
Regulador de flujo
Estabilidad
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 38
Citaciones: Sin citaciones
Debido a su baja fricción en el aire, alta resistencia al desgaste y amigabilidad con el medio ambiente, los rodamientos aerostáticos se utilizan en máquinas, herramientas y dispositivos que requieren una alta precisión de micro-movimiento y posicionamiento. Los rodamientos aerostáticos presentan desventajas características como baja capacidad de carga, alta compliancia y una tendencia aumentada a la inestabilidad. En los rodamientos radiales, es posible utilizar microcanales longitudinales que prácticamente excluyen la fuga de aire circunferencial, lo que contribuye a un aumento significativo en la capacidad de carga. Para reducir la compliancia a cero y valores negativos, se utilizan diafragmas de entrada y reguladores elásticos de flujo de aire. La compensación activa del flujo está intrínsecamente vinculada al problema de garantizar la estabilidad de los rodamientos debido a la presencia de volúmenes relativamente grandes de gas en el regulador, lo que tiene un efecto desestabilizador. Este problema se resolvió mediante el uso de un sistema combinado de estrangulamiento externo. Los rodamientos con reguladores de flujo de entrada tienen una serie de desventajas, son muy energéticamente intensivos y tienen una capacidad de carga inestable insuficiente. Una forma más prometedora de reducir la compliancia es el uso de compensadores de desplazamiento para el elemento móvil. Estos rodamientos también permiten reducir la compliancia a cero y valores negativos, lo que permite utilizarlos no solo como soportes, sino también como compensadores activos de deformaciones del sistema tecnológico de las máquinas-herramienta para reducir el tiempo y aumentar la precisión del mecanizado de metales. La nueva idea de utilizar compensadores de flujo activo es regular la velocidad de flujo no en la entrada, sino en la salida del flujo de aire. Este diseño tiene la eficiencia energética inherente a un rodamiento convencional, pero la regulación del flujo de salida del lubricante permite reducir la compliancia a cero y valores negativos. Este artículo discute los resultados de un estudio teórico de las características estáticas y dinámicas de un rodamiento aerostático radial de dos filas con microcanales longitudinales y un regulador de flujo de salida. Se han realizado modelado matemático y estudio teórico de los modos estacionarios. Se obtienen fórmulas para determinar la compliancia estática y la capacidad de carga. Se proponen métodos iterativos de diferencias finitas para determinar las características dinámicas de una estructura. El cálculo de los criterios de calidad dinámica se realizó sobre la base del método de interpolación racional de la función de transferencia del rodamiento, como un sistema con parámetros distribuidos, desarrollado por los autores. Se encontró que los volúmenes de los microcanales no tienen un efecto notable en la dinámica del rodamiento. Se muestra que, en este diseño, el sistema combinado de estrangulamiento externo es un medio efectivo para mantener la estabilidad y alta calidad dinámica del diseño que opera en modos de compliancia baja, cero y negativa.
Descripción
Debido a su baja fricción en el aire, alta resistencia al desgaste y amigabilidad con el medio ambiente, los rodamientos aerostáticos se utilizan en máquinas, herramientas y dispositivos que requieren una alta precisión de micro-movimiento y posicionamiento. Los rodamientos aerostáticos presentan desventajas características como baja capacidad de carga, alta compliancia y una tendencia aumentada a la inestabilidad. En los rodamientos radiales, es posible utilizar microcanales longitudinales que prácticamente excluyen la fuga de aire circunferencial, lo que contribuye a un aumento significativo en la capacidad de carga. Para reducir la compliancia a cero y valores negativos, se utilizan diafragmas de entrada y reguladores elásticos de flujo de aire. La compensación activa del flujo está intrínsecamente vinculada al problema de garantizar la estabilidad de los rodamientos debido a la presencia de volúmenes relativamente grandes de gas en el regulador, lo que tiene un efecto desestabilizador. Este problema se resolvió mediante el uso de un sistema combinado de estrangulamiento externo. Los rodamientos con reguladores de flujo de entrada tienen una serie de desventajas, son muy energéticamente intensivos y tienen una capacidad de carga inestable insuficiente. Una forma más prometedora de reducir la compliancia es el uso de compensadores de desplazamiento para el elemento móvil. Estos rodamientos también permiten reducir la compliancia a cero y valores negativos, lo que permite utilizarlos no solo como soportes, sino también como compensadores activos de deformaciones del sistema tecnológico de las máquinas-herramienta para reducir el tiempo y aumentar la precisión del mecanizado de metales. La nueva idea de utilizar compensadores de flujo activo es regular la velocidad de flujo no en la entrada, sino en la salida del flujo de aire. Este diseño tiene la eficiencia energética inherente a un rodamiento convencional, pero la regulación del flujo de salida del lubricante permite reducir la compliancia a cero y valores negativos. Este artículo discute los resultados de un estudio teórico de las características estáticas y dinámicas de un rodamiento aerostático radial de dos filas con microcanales longitudinales y un regulador de flujo de salida. Se han realizado modelado matemático y estudio teórico de los modos estacionarios. Se obtienen fórmulas para determinar la compliancia estática y la capacidad de carga. Se proponen métodos iterativos de diferencias finitas para determinar las características dinámicas de una estructura. El cálculo de los criterios de calidad dinámica se realizó sobre la base del método de interpolación racional de la función de transferencia del rodamiento, como un sistema con parámetros distribuidos, desarrollado por los autores. Se encontró que los volúmenes de los microcanales no tienen un efecto notable en la dinámica del rodamiento. Se muestra que, en este diseño, el sistema combinado de estrangulamiento externo es un medio efectivo para mantener la estabilidad y alta calidad dinámica del diseño que opera en modos de compliancia baja, cero y negativa.