Investigación numérica de las condiciones de lubricación en chumaceras hidrodinámicas con el efecto del desalineamiento del eje *

ResumenLas chumaceras hidrodinámicas radiales se usan ampliamente para soportar carga en máquinas rotatorias que giran a alta velocidad. Teóricamente, las chumaceras hidrodinámicas se diseñan para una vida infinita, pero la precisión en el maquinado, el calentamiento o el desalineamiento con el rotor pueden contribuir a problemas de funcionamiento y a un desgaste indeseado. Un problema que no se puede eliminar es el desalineamiento angular del eje provocado por el peso y la flexibilidad del rotor. El desalineamiento cambia el espesor de película del lubricante afectando las condiciones de lubricación hidrodinámica. En este trabajo se presenta una investigación numérica del comportamiento del campo de presión, el flujo axial, el espesor de película y la fricción viscosa, considerando el desalineamiento del eje por el efecto del peso y la flexibilidad del rotor. El campo de presión hidrodinámica se resuelve utilizando la ecuación de la lubricación de Reynolds junto con una expresión modificada del espesor de película que incluye el desalineamiento del eje. También se presenta una expresión para calcular el máximo desalineamiento permitido por una chumacera, en función del punto de equilibrio de estado estable. Los resultados muestran que a medida que el desalineamiento del eje se incrementa el espesor de película se reduce, causando el incremento de la presión máxima y del flujo axial del lubricante, así como pequeños cambios en la fricción viscosa. Con la finalidad de validar los resultados numéricos obtenidos en esta investigación, se compararon con resultados numéricos reportados en la literatura internacional, dando una buena aproximación.

The radial hydrodynamic bearings are widely used to support loads in rotating machines that operate at high speed. Theoretically, hydrodynamic bearings are designed for infinite life, but the precision machining, heating or misalignment with the rotor can contribute to performance problems and undesired wear. A problem that cannot be eliminated is the shaft angular misalignment caused by the weight and flexibility of the rotor. Misalignment changes the lubricant film thickness affecting the conditions of hydrodynamic lubrication. In this paper, a numerical investigation of the behavior of the pressure field, axial flow, film thickness and viscous friction considering the misalignment of the shaft by the effect of the weight and flexibility of the rotor, is presented. The hydrodynamic pressure field is solved using the equation of Reynolds lubrication with a modified expression of film thickness including the shaft misalignment. An expression to calculate the maximum misalignment allowed by a bearing based on the equilibrium steady state is also presented. The results show that as the shaft misalignment increases, a reduction in the film thickness is present, causing an increase in both maximum pressure and axial flow of lubricant, and also small changes in viscous drag. In order to validate the numerical results obtained in this investigation they were compared with numerical results reported in international literature, giving a good approximation.