Análisis de estabilidad en cojinetes hidrodinámicos

Abstract

Los cojinetes hidrodinámicos (CH) son elementos de máquinas extensamente utilizados como apoyos de ejes en máquinas rotativas. Están compuestos por un eje cilíndrico con capacidad de rotar, un cojinete estático que lo contiene y un fluido lubricante que fluye entre ambos. Los CH son de fácil fabricación, gran versatilidad, extensa vida útil y relativo bajo costo y tamaño si se los comparacon los rodamientos o cojinetes de bolas.Si bien pueden soportar grandes cargas a elevadas velocidades de giro y disipar altas fuerzas de impacto, en ciertas condiciones de carga-velocidad los CH sufren inestabilidades auto-excitadas que pueden conducir a fallas catastróficas. Es por ello que se requiere la comprensión de la interaccióndinámica entre el rotor y sus apoyos.El estudio dinámico de CH realizado en el presente trabajo consiste en el modelado del comportamiento de la película lubricante como un conjunto de resortes no lineales y amortiguadores viscosos que reaccionan ante pequeñas fluctuaciones en el movimiento del rotor alrededor de una posición de equilibrio. Este análisis demanda la incorporación de nuevos términos en la Ecuación de Reynolds, permitiendo el cálculo de los coeficientes elásticos y disipativos a partir de la resolución de cinco ecuaciones diferenciales.El propósito de este trabajo es estudiar la estabilidad en cojinetes de longitud finita, evaluando loscoeficientes dinámicos mediante diferentes métodos de cálculo. Para ello se hace uso de distintasaproximaciones analíticas y numéricas que resuelven la ecuación de Reynolds para flujo reptante,isotérmico e incompresible.

Hydrodynamic journal bearings (CH) are elements widely used as shaft bearings in rotating machines. They are composed of a rotating cylindrical shaft, a static bearing and a lubricant fluid between them. Under certain load-speed conditions, the CH suffer from self-excited instabilities that can lead to catastrophic failures. Thus, it is important to comprehend the dynamic interaction between the rotor and its supports. The dynamic study of CH can be performed modeling the behavior of the lubricating film as a set of non-linear springs and viscous dampers. This analysis requires the incorporation of new terms in the Reynolds Equation (ER). The purpose of this work is to study the stability of finite length journal bearings, evaluating the dynamic coefficients using different analytical and numerical methods. The ER is solved for laminar, isothermal and incompressible flow.