ES2245080T3 - Cojinete deslizante. - Google Patents

Abstract

EN UN COJINETE LISO SE GENERAN CORRIENTES DE AIRE ENTRE LAS SUPERFICIES DE APOYO (L) DESLIZANTE UNA SOBRE OTRA DE UN CUERPO MOVIL (1/3) Y UN CUERPO FIJO (2), DONDE EL AIRE A PRESION SE EXPANDE A TRAVES DE TOBERAS (4) ENTRE LAS SUPERFICIES DE APOYO (L) CONTRA LA PRESION ATMOSFERICA. A TRAVES DE ESTAS CORRIENTES DE AIRE SE REDUCE LA PRESION ESTATICA ENTRE LAS SUPERFICIES DE APOYO (L), DE TAL MODO QUE ENTRE EL CUERPO MOVIL Y EL CUERPO FIJO SE GENERAN FUERZAS DE PRESION ACTIVAS. LAS SUPERFICIES DE APOYO (L) Y LAS CORRIENTES DE AIRE ESTAN DETERMINADAS UNA SOBRE OTRA DE TAL MODO, QUE EL CUERPO MOVIL (1/3) SE ENCUENTRA EN ESTADO DE EQUILIBRIO LIBRE DE FUERZA, CUANDO TOMA UNA POSICION, EN DONDE LAS SUPERFICIES DE APOYO (L) DEL CUERPO MOVIL (1/3) NO HACEN CONTACTO CON LAS SUPERFICIES (L) DEL CUERPO FIJO (2). PARA DEFINIR UNA POSICION DE EQUILIBRIO, ES VENTAJOSO QUE EL GRADO DE LIBERTAD ENTRE EL CUERPO MOVIL (1/3) Y EL CUERPO (2) FIJO SE ELIJA DE TAL MODO, QUE CADA MODIFICACION POSIBLE DE LA DISTANCIA ENTRE LAS SUPERFICIES DE APOYO EFECTUE UNA MODIFICACION CONTRAACTIVA DEL COMPORTAMIENTO DE PRESION. PARA CORRIENTES DE AIRE SON APROPIADAS DISTANCIAS DESDE APROXIMADAMENTE 0,01 HASTA 0,02 MM. PARA QUE EL COJINETE DESLIZANTE PUEDA RECIBIR FUERZAS EXTERNAS, ES VENTAJOSO PARA EL AUMENTO DE LAS FUERZAS DE PRESION AUMENTAR LA SUPERFICIE DE APOYO. EL COJINETE LISO ESTA CASI LIBRE DE ROZAMIENTO Y CASI LIBRE DE DESGASTE. ES APROPIADO PARA APOYO DE PARTES DE MAQUINAS ROTATIVAS O MOVILES LINEALMENTE, POR EJEMPLO PARA EL APOYO DE HUSILLOS DE MAQUINAS HERRAMIENTA.

Description

Cojinete deslizante.

La invención se refiere a un procedimiento para fabricar un alojamiento deslizante y a un cojinete de deslizamiento según los preámbulos de las correspondientes reivindicaciones independientes, véase la patente US-A-4.234.175.

El cojinete de deslizamiento según la invención se puede utilizar para el alojamiento de árboles o husillos rotatorios o para el alojamiento de cuerpos que se mueven en el sentido de la translación.

Las piezas de máquinas que se mueven en sentido rotatorio o lineal se alojan en posición deslizante (cojinete de deslizamiento) o sobre bolas o rodillos de rotación libre (rodamientos). Desde el punto de vista mecánico los cojinetes de deslizamiento son sustancialmente más sencillos que los rodamientos. No obstante, en su utilización los cojinetes de deslizamiento están limitados sobre todo por problemas de fricción o de lubricación, que en los cojinetes deslizantes son más difíciles de resolver debido al tamaño de las superficies de apoyo contiguas que se mueven unas en relación con otras (en contraposición con los apoyos mucho menores, teóricamente puntuales o lineales en los rodamientos), y debido a la fricción de deslizamiento que se produce (frente a la fricción de rodadura, mucho menor, en los rodamientos). Por este motivo la ingeniería mecánica se plantea desde hace mucho tiempo la mejora de las propiedades de los cojinetes de deslizamiento, ya sea mediante el desarrollo de mejores lubricantes o de parejas de materiales mejorados, de tal modo que los cojinetes de deslizamiento se puedan utilizar también para aplicaciones en las que en el estado actual de la técnica se opta exclusivamente por el rodamiento.

Por ello el objetivo de la invención consiste en crear un procedimiento para un alojamiento deslizante y un cojinete de deslizamiento, de tal modo que el cojinete de deslizamiento conforme a la invención presente, frente a los cojinetes de deslizamiento conocidos, unas características mejoradas, sobre todo en relación con la fricción y la lubricación, y en relación con el desgaste. El cojinete de deslizamiento conforme a la invención deberá poder sustituir en gran medida, por ejemplo, a los correspondientes rodamientos de bolas en una aplicación para alojar un husillo de herramienta o de pieza de trabajo en una máquina-herramienta.

Este objetivo se resuelve mediante el procedimiento para fabricar el alojamiento deslizante y mediante un cojinete de deslizamiento que utiliza el procedimiento, tal como se definen en las reivindicaciones 1 y 6.

La invención se basa en la aplicación de leyes de la dinámica de fluidos a la técnica de los cojinetes. En el cojinete de deslizamiento conforme a la invención se produce, entre un cuerpo que se mueve en sentido rotatorio o lineal y un cuerpo estacionario sobre el que se aloja el cuerpo en movimiento, una corriente de fluido (de forma ventajosa una corriente de aire), de tal modo que con esta corriente de aire se producen fuerzas de la dinámica de fluidos, que inciden sobre las superficies de apoyo. Las superficies de apoyo del cuerpo móvil y del cuerpo estacionario están aquí configuradas de tal modo que el cuerpo móvil, aún bajo la carga externa soportada por el cojinete de deslizamiento y producida por las fuerzas de dinámica de fluidos que inciden sobre sus superficies de apoyo, queda sujeto en una posición de equilibrio determinada por el cuerpo estacionario, en la cual queda distanciado del cuerpo estacionario, sin contacto y casi en estabilidad, mediante una cavidad en forma de rendija.

El fluido que circula entre el cuerpo móvil y el estacionario desempeña, además de su función de generar las fuerzas que posicionan el cuerpo móvil, también la función de un lubricante (en el caso de aire con una fricción extremadamente reducida), y al mismo tiempo la función de un refrigerante para el enfriamiento del cojinete.

El principio y las formas de realización a modo de ejemplo del cojinete de deslizamiento conforme a la invención se describen detalladamente con ayuda de las siguientes figuras. Las figuras muestran:

Figura 1 una sección axial esquemática de una forma de realización a modo de ejemplo del cojinete de deslizamiento conforme a la invención para un rótor alojado en un estátor;

Figuras 2 a 4 representaciones esquemáticas para explicar el principio de funcionamiento del cojinete de deslizamiento conforme a la invención;

Figura 5 una sección transversal al eje del elemento de apoyo en la forma de realización según la figura 1 (detalle, línea de sección VI-VI en la figura 1);

Figura 6 una representación del principio y un detalle de la aplicación de la forma de realización del cojinete de deslizamiento conforme a la invención según la figura 1 para el husillo de una máquina-herramienta;

Figuras 7 y 8 en representación esquemática, una forma de realización a modo de ejemplo de un cuerpo que se mueve a lo largo de una conducción lineal, donde el cuerpo está alojado en la conducción lineal según el procedimiento conforme a la invención (figura 7: sección; figura 8: representación espacial).

La figura 1 muestra, en representación esquemática, una sección axial de un árbol 1 (rótor o cuerpo en movimiento), alojado, con ayuda de una forma de realización, a modo de ejemplo, del cojinete de deslizamiento conforme a la invención, en un estátor compuesto por dos piezas 2 y 2' que forman un espacio de alojamiento. Para el alojamiento del árbol 1 está previsto un elemento de apoyo 3 unido rígidamente al árbol (por ejemplo, embutido en caliente sobre el árbol), que es un cuerpo de revolución dispuesto en sentido coaxial con el árbol. El elemento de apoyo 3 está dispuesto en un espacio de alojamiento correspondiente del estátor 2. Las superficies de apoyo L del cojinete de deslizamiento, que se deslizan una sobre la otra por medio de la capa de fluido, se disponen por parejas una frente a otra, por una parte en las superficies del elemento de apoyo 3 y en las superficies (interiores) correspondientes del estátor 2.

Las superficies de apoyo L están construidas de tal modo que, básicamente, cualquier zona de la superficie de apoyo, tanto del rótor (elemento de apoyo 3) como del estátor 2, que se elija para una observación, presente una zona opuesta, donde una perpendicular (perpendicular que parte del punto medio de la zona) de la zona observada de la superficie de apoyo y una perpendicular de la zona opuesta correspondiente están situadas en la misma recta y se orientan en sentidos opuestos. En la figura 1 esta condición de simetría que se plantea para las superficies de apoyo L, de un cojinete de deslizamiento conforme a la invención, se indica de forma esquemática en el ejemplo de la zona B en el elemento de apoyo 3, con una perpendicular N, y de la zona opuesta B' con una perpendicular N'. Esto se refiere también a la disposición de los orificios por los que el aire del cojinete se introduce a presión, como se muestra aquí en el ejemplo de las boquillas 4 y 4'.

Con semejante disposición simétrica de las superficies de apoyo L se consigue que la suma de todas las fuerzas que inciden sobre la zona de la superficie de apoyo, y sobre la zona opuesta, se reduzcan a cero cerca de la posición de equilibro si las fuerzas producidas mediante dinámica de fluidos sobre la zona de la superficie de apoyo y sobre la zona opuesta compensan las fuerzas exteriores que modifican el equilibrio.

El elemento de apoyo 3 representado en la figura 1 presenta, para el alojamiento axial, una pieza 3.1 que se extiende alrededor del árbol en sentido radial, esto es, en forma de plato, y una pieza 3.2 para el alojamiento radial que se extiende en sentido axial, esto es, en forma de cilindro hueco alrededor del árbol 1. Para las dos piezas se cumplen básicamente las condiciones de simetría indicadas anteriormente.

El estátor 2 presenta además orificios que actúan como boquillas 4 para la entrada a presión de un fluido (por ejemplo aire) entre el elemento de apoyo 3 y el estátor 2, y conductos de escape de aire 5 para la extracción del aire introducido entre el elemento de apoyo 3 y el estátor 2. Las boquillas podrían estar dispuestas también en el elemento de apoyo. Se han demostrado las ventajas que representa el que la disposición de las boquillas 4 y de los conductos de escape del aire 5 estén sometidos a las condiciones de simetría mutua anteriormente expuestas, esto es, que para cada boquilla dispuesta en una zona de la superficie de contacto y para cada conducto de escape de aire, en la zona opuesta, esté prevista una boquilla correspondiente y un conducto de escape de aire correspondiente, como se muestra en la forma de realización según la figura 1.

Durante la rotación del árbol 1 se introduce, a través de las boquillas 4, aire a presión entre las superficies de apoyo L de las dos piezas del elemento de apoyo 3.1 y 3.2 y del estátor, aire que, rectificado hacia las superficies de apoyo L, fluye en la rendija del cojinete desde las boquillas hacia los conductos de escape de aire, produciendo de este modo el efecto deseado de dinámica de fluidos. Debido al efecto de la dinámica de fluidos se producen, entre las superficies de apoyo que se deslizan una sobre otra, unas condiciones de presión que mantienen el elemento de apoyo 3 en una posición en la cual las distancias mutuas entre el estátor 2 y el elemento de apoyo 3 están básicamente compensadas, esto es, en la cual la distancia entre una zona cualquiera observada de la superficie de apoyo (por ejemplo B) del rótor y el estátor es básicamente la misma que la distancia de la correspondiente zona opuesta (por ejemplo B') respecto del estátor 2, de tal modo, pues, que el elemento de apoyo 3 se mantiene relativamente en una posición media bien definida.

Dicho con otras palabras, las superficies de apoyo L del elemento de apoyo 3 y las superficies de apoyo L del estátor 2 no establecen contacto durante el funcionamiento. La única resistencia que debe superar el elemento de apoyo 3 durante una rotación es la resistencia del aire que fluye entre las superficies de apoyo L, una resistencia que, comparada con la fricción deslizante entre superficies sólidas, o comparada con una fricción interior en capas de lubricante líquidas, resulta en la práctica insignificante. El cojinete de deslizamiento conforme a la invención está casi exento de fricción, y por tanto se puede manejar no sólo sin pérdidas de energía sustanciales, sino también básicamente sin desgaste. Esto implica también que las parejas de materiales de las superficies de apoyo que se deslizan una sobre otra es irrelevante. Además, las características del cojinete de deslizamiento conforme a la invención son básicamente independientes de su posición e independientes del par de
giro.

Las figuras 2 a 4 sirven para un intento de explicar, desde el punto de vista de la física, el funcionamiento -descubierto empíricamente- del cojinete de deslizamiento conforme a la invención y sus parámetros y condiciones límite.

Las figuras 2 y 3 muestran las condiciones de presión y de fuerza en un sistema en el que se introduce aire a una presión p_{1} a través de una boquilla D, dispuesta en una placa de boquilla PD y básicamente en perpendicular a la placa de boquilla PD, en un espacio en forma de rendija situado entre la placa de boquilla PD y una placa opuesta PG, y dicho aire se distiende contra la presión p_{0}, que es menor que p_{1} (por ejemplo, frente a la presión atmosférica).

En la figura 2 la placa de boquilla PD y la placa opuesta PG están juntas una con otra, esto es, la anchura de la rendija entre las dos placas PG y PG es muy pequeña o nula. En un caso semejante circula, pese a la diferencia de presión, básicamente poco aire o ninguno a través de la boquilla D. Sobre la placa opuesta PG actúa una diferencia de presión que intenta separar la placa opuesta de la placa de boquilla. La fuerza K_{1} que actúa sobre la placa opuesta PG es aquí la diferencia de presión p_{1} - p_{0} multiplicada por una superficie F, que es como mínimo el área de la sección transversal F_{D} del orificio de la boquilla y como máximo la superficie F_{P} de la placa opuesta, dependiendo de la forma en que se dispongan las superficies una sobre otra. La figura 2 ilustra el caso estático.

En la figura 3 la placa de boquilla PD y la placa opuesta PG mantienen una distancia entre sí (distancia d), de modo que el aire sale de la boquilla D y pierde presión en el espacio situado entre las placas. De esta forma se genera un sistema dinámico en el cual la presión total existente en el espacio situado entre la placa de boquilla PD y la placa opuesta PG se compone de un componente estático, que actúa regularmente en todas las direcciones, y un componente cinético de la corriente que actúa en la dirección de la corriente.

Si la cantidad de aire expulsado y las condiciones de espacio entre las placas se eligen de tal modo que el aire que sale de la boquilla se pueda distender completamente ya entre las placas (esto es, hasta alcanzar la presión atmosférica), la presión total entre las placas será idéntica a la presión atmosférica. En cambio, si el componente estático de la presión P_{2}, una vez restado el componente dinámico p_{dyn} de la presión, se sitúa por debajo de la presión atmosférica, sobre la placa opuesta actuará una fuerza K_{2} que actúa contra la placa de boquilla. Ésta "tira" de la placa opuesta PG contra la placa de boquilla PD. El fenómeno descrito se conoce en física como paradoja hidrodinámica. Dado que, en funcionamiento, la superficie opuesta a la boquilla se mueve a gran velocidad en una dirección, ejercerán también sus influjos otros fenómenos o efectos cuya explicación supera el marco de este documento.

En una transición, desde el caso estático según la figura 2 al caso dinámico según la figura 3, la presión estática entre las placas desciende también de p_{1} a p_{2} por el aumento sucesivo de la distancia d entre ellas, y se invierte transformándose en una fuerza de compresión que actúa sobre la placa opuesta PG (K_{1} alejando de la placa de boquilla; K_{2} dirigiendo contra la placa de boquilla). Aquí la presión estática mínima (fuerza máxima K_{2}) se consigue con una anchura pequeña, pero claramente mensurable, de la rendija, y no cambia ya con un nuevo ensanchamiento dentro de la magnitud crítica, dentro del intervalo, obtenido empíricamente, entre la anchura mínima y la anchura máxima de la rendija, o dentro de la distancia d entre las placas.

Varios experimentos han mostrado que, con el cojinete de deslizamiento conforme a la invención, a una distancia o rendija del cojinete de deslizamiento inferior a 5 \mum, se genera una presión, previsiblemente debida a efectos de estrangulamiento, que provoca un rechazo entre las placas. Con una distancia superior a las 5 \mum aparece la inversión del efecto anteriormente mencionada. El ámbito de rendimiento óptimo obtenido empíricamente se sitúa en una anchura de la rendija de unas 10 \mum.

La figura 4 muestra ahora, en una transferencia hipotética, la aplicación a un elemento de apoyo 3 que se mueve entre dos superficies de apoyo de un estátor 2, tal como se representa en su imagen completa en la figura 1. En el estátor 2 se disponen (en una recta común) dos orificios o boquillas ubicados uno frente a otro, desde los cuales se introduce aire a presión en la cavidad en forma de rendija situada entre el elemento de apoyo 3 y el estátor 2. Por debajo del detalle aumentado del elemento de apoyo y el estátor se dibuja un diagrama que muestra el supuesto transcurso de la presión estática entre el elemento de apoyo y el estátor como función de la distancia entre dos superficies de apoyo que se deslizan una sobre otra.

En esta figura se puede ver que el elemento de apoyo 3 (en ausencia de fuerzas exteriores) adopta una posición definida, exenta de fuerzas, entre las superficies de apoyo del estátor si el grado de libertad (distancia d) entre el elemento de apoyo 3 y el estátor 2 no es mayor que el doble de la distancia d que se encuentra en aquella zona en la que la presión estática depende aún de la distancia, y ventajosamente si es el doble de la distancia máxima posible de este tipo. Del dibujo se deduce también que, en el caso de un grado de libertad equivalente a dos distancias en una zona en la que la presión estática no depende ya de la distancia (elemento de apoyo más delgado que el representado gráficamente en la figura 5), se pueden adoptar muchas posiciones diferentes exentas de fuerza, esto es, también posiciones en las que las superficies de apoyo del elemento de apoyo y del estátor no discurren temporalmente en paralelo entre sí (por ejemplo, debido a desviaciones radiales, provocadas por fuerzas de trabajo en la herramienta). No obstante, una anchura mínima de la rendija (menor de 5 \mum) se conserva en todo momento por la presión generada por las fuerzas de estrangulamiento, y actúa como fuerza antagónica en caso de desviaciones respecto de la posición de equilibrio provocadas por el trabajo.

Varios experimentos con un cojinete de deslizamiento conforme a la invención según la figura 1 han demostrado que, con la utilización de aire como fluido circulante, y un grado de libertad entre el elemento de apoyo 3 y el estátor 2 de 0,02 a 0,04 mm (2 veces la distancia de 0,01 a 0,02 mm) se obtiene un funcionamiento óptimo. Se han realizado experimentos con un grado de libertad de 10 \mum (2 \times 0,005 mm), hasta un grado de libertad de 0,5 mm (2 \times 0,25 mm). El resultado de este experimento permite llegar a la conclusión de que, con anchuras de rendija de una magnitud entre 0,01 y 0,02 mm, la presión estática p_{2} depende de esta anchura de rendija.

Se puede asumir que el efecto de la dependencia de la presión estática, y por tanto de la dependencia de las fuerzas que actúan sobre las superficies de apoyo del tamaño de la distancia entre las superficies de apoyo, y el aprovechamiento consecuente de este efecto permite el procedimiento de alojamiento deslizante conforme a la invención. Debido a este efecto se produce un sistema que se centra a sí mismo, en el cual actúa una fuerza de reposicionamiento sobre el elemento de apoyo 3 tan pronto como éste se aleja de su posición de equilibrio. Un sistema parecido en el que se produce una sobrepresión entre las superficies de apoyo (colchón de aire), y cuyas condiciones de presión, como consecuencia de la elevada entropía, no dependen de la anchura de la rendija, no tiene ningún efecto de autocentrado, y por este motivo no puede funcionar tal como muestra la invención.

La figura 5 muestra un detalle de una sección transversal al eje a través del cojinete de deslizamiento según la figura 1 (línea de sección V-V). La figura muestra sobre todo una vista en planta axial de la superficie de apoyo superior L del estátor, sobre la que se desliza la superficie de apoyo superior de la pieza del elemento de apoyo 3.1 en forma de plato. Se pueden ver dos boquillas 4 y dos conductos de escape del aire 5. El efecto de la dinámica de fluidos del aire que sale de las boquillas se puede considerar básicamente de simetría circular y, tal como se prevé, disminuye de forma continua al aumentar la distancia respecto de la boquilla, debido a las pérdidas por fricción interiores en el aire.

Si se pretende aprovechar completamente los efectos de las diferentes boquillas, éstas se deberán disponer de tal modo que las superficies sobre las que actúan (superficie de forma circular sobre la que el efecto de la dinámica de fluidos es significativo, representada en la figura 5 con una línea circular punteada alrededor de las boquillas 4) se solapen lo menos posible o no se solapen notablemente. Los experimentos muestran que se pueden conseguir buenos efectos con un grado de libertad entre el elemento de apoyo y el estátor de entre 2 x 0,01 y 0,02 mm, con una presión de trabajo de entre 1,5 y 5 atm aprox. (entre 1,5 y 5\cdot10^{5} Pa), y con un diámetro aproximado del orificio de la boquilla de 0,5 mm, siendo la distancia entre boquillas contiguas (hasta 100 mm) de unos 80 mm en el montaje experimental. Este valor empírico se puede interpretar como diámetro de un circuito de acción en el que el efecto de la dinámica de fluidos contribuye en forma apreciable al funcionamiento del cojinete. Esto significa también que, para un aprovechamiento lo más completo posible de las superficies disponibles de un elemento de apoyo 3, los conductos de escape del aire 5 (aquí son ranuras) no se deberían disponer a una distancia superior a unos 40 mm respecto de las boquillas.

En sentido estricto las condiciones de simetría planteadas en relación con la figura 1 no se aplicarán para todas las superficies de apoyo, sino sólo para aquellas zonas de la superficie de apoyo sobre las que se producen corrientes de fluido, por tanto sobre las que se extiende un circuito de acción de dinámica de fluidos, y sólo si el efecto de la dinámica de fluidos es el mismo en todos estos circuitos. Generalizando se puede decir que las superficies de apoyo del cuerpo en movimiento y las corrientes de fluido se deberán ajustar entre sí de tal forma que el cuerpo en movimiento que recibe el soplo quede en su posición (media) centrada en el estátor y básicamente exento de fuerzas, esto es, en equilibrio.

En las observaciones anteriores se ha dado por supuesto un estado del cojinete observado sin incidencia de fuerza externa (por ejemplo radial). Para que el cojinete conforme a la invención pueda absorber también fuerzas exteriores, como por ejemplo el peso del rótor o las fuerzas de carga que actúan sobre el árbol, las superficies de apoyo del elemento de apoyo 3, y por tanto también del espacio de alojamiento del estátor 2, eficaces desde el punto de vista de la dinámica de fluidos, esto es, sopladas con aire, se deberán construir con unas dimensiones en que las fuerzas perturbadoras supongan sólo un porcentaje pequeño de las fuerzas generadas por dinámica de fluidos. Con otras palabras, para un cojinete con una carga mayor se deberá ofrecer más "superficie portante", esto es, un par "elemento de apoyo/estátor" mayor. Se ha observado que con las dimensiones anteriormente indicadas se pueden absorber fuerzas radiales de hasta 25 kp. En comparación con las fuerzas de desviación radiales de entre 25 y 250 pondios habituales en el trabajo en un husillo portafresa, se puede ver que el sistema de la invención es extraordinariamente resistente frente a las fuerzas de distorsión.

Para condiciones de trabajo con fuerzas de distorsión exteriores de poca cuantía se pueden utilizar sin más sistemas con unos elementos de apoyo sustancialmente menores en cuanto a su superficie, con las correspondientes distancias de las boquillas.

La figura 6 muestra de forma esquemática las partes esenciales de un accionamiento de husillo con dos cojinetes de deslizamiento según la invención, que corresponden al cojinete de deslizamiento representado en la figura 1. Son al menos partes de un rótor 10 propulsado por electricidad, con un núcleo magnético 11 y elementos de apoyo 3 dispuestos en los extremos. Además está representado un estátor 2 que aloja los elementos de apoyo 3, con una bobina 12 que complementa al motor eléctrico propulsor y una pieza anexa para boquillas 4 y salidas 5 para el aire distendido. El núcleo magnético 11 y la bobina 12 forman en conjunto, como ya hemos dicho, un accionamiento eléctrico para la propulsión del rótor 10. El grado de libertad entre el rótor y el estátor es, en sentido radial y axial, 2 veces 0,015 mm y las boquillas 4 tienen un diámetro del orificio de unos 0,5 mm. A través de estas boquillas el aire se distiende desde una presión de trabajo de, por ejemplo, 4 atm (4.10^{5} Pa) hasta casi la presión atmosférica. El husillo trabaja a una velocidad de entre 30.000 y 40.000 revoluciones por minuto. Se ha observado que el husillo representado trabaja sin distorsión en las condiciones indicadas, también bajo el efecto de fuerzas de distorsión de hasta 25 kp (250 N) que actúan en sentido radial. Las fuerzas radiales perpendiculares que actúan sobre los husillos de herramienta están en un orden de magnitud de unos 0,5 kp (5 N). Aquí se reconoce de nuevo la disposición simétrica, en particular de las boquillas contrapuestas o dispuestas y actuando en sentido contrario sobre el elemento de apoyo, y de los conductos de escape de aire dispuestos a distancias iguales respecto de las boquillas.

El consumo de aire del cojinete de deslizamiento conforme a la invención es relativamente escaso. El aire utilizado deberá estar libre de partículas sólidas, pero por lo demás no requiere una preparación especial.

Las figuras 7 y 8 muestran una vez más un cuerpo 21 que se mueve en una conducción lineal 20, donde el cuerpo que se mueve está alojado en la conducción lineal según el procedimiento conforme a la invención. La figura 7 muestra una sección transversal del sistema, en la que se representan de nuevo las superficies de apoyo L, las boquillas 4 y los conductos de escape del aire 5, que cumplen los requisitos de simetría mencionados al principio. La figura 8 es una representación tridimensional del sistema. A diferencia del cojinete de deslizamiento según la figura 1, las boquillas 4 no están dispuestas en el cuerpo estacionario, sino en el cuerpo en movimiento, lo cual es lógico a la vista de la extensión mucho mayor de las superficies de apoyo del estátor (conducción lineal) en comparación con las superficies de apoyo del cuerpo en movimiento.

La figura 7 se puede entender también como sistema de rótor 21 y estátor 20. En contraposición con el cojinete conforme a la figura 1, el elemento de apoyo dispuesto en el extremo del árbol rotatorio tiene sólo una pieza extendida en sentido radial y en forma de plato, mientras que la función de la pieza extendida en sentido axial y en forma de cilindro hueco es asumida por el propio árbol. Según lo ya expuesto, el rótor según la figura 10 no se puede someter a cargas en sentido radial tan fuertes como el árbol de la figura 1, pues las superficies de apoyo que actúan en sentido radial son menores.

En el cojinete de deslizamiento conforme a la invención el aire a presión al distenderse frente a la presión atmosférica, mediante boquillas (4) situadas entre las superficies de apoyo (L), se producen corrientes de aire entre las superficies de apoyo (L), que se deslizan unas sobre otras, de un cuerpo móvil (1/3) y de un cuerpo estacionario (2). Con estas corrientes de aire se reduce la presión estática entre las superficies de apoyo (L), de modo que entre el cuerpo móvil y el cuerpo estacionario se producen fuerzas de compresión efectivas. Las superficies de apoyo (L) y las corrientes de aire están ajustadas entre sí de tal modo que el cuerpo móvil (1/3) se encuentra en un estado de equilibrio exento de fuerzas si adopta una posición en la que las superficies de apoyo (L) del cuerpo móvil (1/3) no tocan las superficies de apoyo (L) del cuerpo estacionario (2). Para que la posición de equilibrio esté definida resulta ventajoso elegir el grado de libertad entre el cuerpo móvil (1/3) y el cuerpo estacionario (2) de tal modo que cada posible modificación de las distancia entre las superficies de apoyo produzca una modificación en sentido contrario de las condiciones de presión. Para corrientes de aire son apropiadas las distancias de entre 0,01 y 0,02 mm aproximadamente. Para que el cojinete de deslizamiento pueda absorber fuerzas exteriores resulta ventajoso aumentar las superficies de apoyo para que aumenten las fuerzas de compresión. El cojinete de deslizamiento está casi exento de fricción y de desgaste. Resulta apropiado para el alojamiento de piezas de máquinas que se mueven en sentido rotatorio o lineal, por ejemplo para el alojamiento de husillos en máquinas-herramienta.

Claims (15)

1. Procedimiento para la obtención de un alojamiento deslizante de un cuerpo (1/3, 21) móvil en sentido rotatorio o lineal en un cuerpo estacionario (2, 20), donde unas superficies de apoyo (L) en correspondencia mutua del cuerpo móvil y del cuerpo estacionario se deslizan una sobre otra sobre un lubricante, donde se generan unas corrientes de fluido, entre las superficies de apoyo (L) que se deslizan una sobre otra, con las cuales se reduce la presión estática (p_{2}) entre las superficies de apoyo (L) que se deslizan una sobre otra y se generan unas fuerzas de compresión entre el cuerpo estacionario y el cuerpo móvil (1/3, 21), donde las corrientes de fluido y las superficies de apoyo están ajustadas entre sí de tal modo que todas las fuerzas de compresión que inciden sobre el cuerpo móvil se contrarrestan básicamente entre sí tan pronto como el cuerpo móvil (1/3, 21) está posicionado en una situación de equilibrio en la que no toca al cuerpo estacionario, y de tal modo que al desviarse de esta posición se generan fuerzas antagónicas, donde las superficies de apoyo (L) del cuerpo móvil (1/3, 21) están configuradas de tal modo que básicamente cada zona (B) de la superficie de apoyo tiene una zona opuesta (B') que le corresponde, y las perpendiculares (N y N') de la zona (B) de la superficie de apoyo y de la zona opuesta (B') se encuentran en la misma recta y tienen direcciones contrapuestas, y donde se introduce a presión aire entre las superficies de apoyo a través de boquillas (4) dispuestas básicamente en perpendicular a las superficies de apoyo (L), caracterizado porque las corrientes de fluido que discurren sobre cada zona (B) de la superficie de apoyo se mantienen iguales que las corrientes de fluido que discurren sobre la correspondiente zona opuesta (B'), porque las boquillas (4) están dispuestas en zonas (B) de superficie de apoyo de forma igual que en las zonas opuestas (B'), y porque el aire de los intersticios situados entre las superficies de apoyo se evacua a través de conductos (5) de escape de aire, donde, para las zonas de la superficie de apoyo y las zonas opuestas están previstos unos conductos (5) de escape de aire en mutua correspondencia, y donde las boquillas (4) están dispuestas en una posición media entre los conductos (5) de escape de aire.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el grado de libertad entre el cuerpo estacionario (2, 20) y el cuerpo móvil (1/3, 21) se elige de tal modo que las distancias entre las superficies de apoyo (L) del cuerpo estacionario y las superficies de apoyo del cuerpo móvil que se deslizan sobre ellas sean lo suficientemente pequeñas para que cada desviación del cuerpo móvil (1/3, 21), respecto de su posición de equilibrio, modifique las condiciones de presión existentes entre las superficies de
apoyo.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque las corrientes de fluido son corrientes de aire, y porque el grado de libertad entre el cuerpo móvil (1/3, 21) y el cuerpo estacionario (2, 20) se elige de tal modo que la distancia media (d) entre las superficies de apoyo (L) que se deslizan una sobre otra representa entre 0,005 y 0,05 mm, preferiblemente entre 0,01 y 0,02 mm.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque para producir las corrientes de fluido el aire se distiende a través de las boquillas (4), desde una presión de al menos 1,5 atm (1,5 \cdot 10^{5} Pa) frente a la presión atmosférica, y porque las boquillas tienen un diámetro de orificio de unos 0,5 mm.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque, con una presión de trabajo dada, el tamaño de las superficies de apoyo sopladas se ajusta de tal modo a las fuerzas de distorsión exteriores que las fuerzas de distorsión suponen un porcentaje pequeño de las fuerzas de compresión (K_{2}).

6. Cojinete de deslizamiento para el alojamiento de un cuerpo (1/3, 21) que se mueve en sentido rotatorio o lineal en un cuerpo estacionario (2, 20), donde unas superficies de apoyo (L) en mutua correspondencia del cuerpo móvil y del cuerpo estacionario se deslizan una sobre otra, donde el cojinete de deslizamiento presenta herramientas para la producción de corrientes de fluido entre superficies de apoyo (L) que se deslizan una sobre otra, de tal modo que el cuerpo móvil puede mantenerse en una posición de equilibrio, donde las superficies de apoyo (L) del cuerpo móvil (1/3, 21) están configuradas de tal modo que básicamente cada zona (B) de la superficie de apoyo tiene una zona opuesta (B') que le corresponde, y las perpendiculares (N y N') de la zona (B) de la superficie de apoyo y de la zona opuesta (B') se encuentran en la misma recta y tienen direcciones contrapuestas, y donde se disponen boquillas (4) en las superficies de apoyo (L), básicamente en perpendicular a dichas superficies de apoyo (L), a través de las cuales se puede introducir aire a presión entre las superficies de apoyo a través de boquillas (4) caracterizado porque las boquillas (4) están dispuestas en zonas (B) de las superficies de apoyo de forma igual que en las zonas opuestas (B'), y porque están previstos unos conductos (5) de escape de aire en mutua correspondencia para zonas (B) de superficies de apoyo y zonas (B') opuestas, y donde las boquillas (4) están dispuestas en una posición media entre los conductos (5) de escape de aire.

7. Cojinete de deslizamiento según la reivindicación 6, caracterizado porque el grado de libertad entre el cuerpo móvil (1/3, 21) y el cuerpo estacionario (2, 20) es tal que la distancia media (d) entre las superficies de apoyo (L) que se deslizan una sobre otra representa entre 0,005 y 0,1 mm, preferiblemente entre 0,01 y 0,02 mm.

8. Cojinete de deslizamiento según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque las boquillas (4) están dispuestas en las superficies de apoyo (L) a una distancia de al menos 80 mm.

9. Cojinete de deslizamiento según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque, para el aumento de las superficies de apoyo (L), y por tanto de las fuerzas de compresión (K_{2}) que se ejercen en el cuerpo móvil (1/3, 21), se fijan unos elementos de apoyo (3) en los que se disponen las superficies de apoyo (L).

10. Cojinete de apoyo según la reivindicación 9, caracterizado porque el cuerpo móvil es un árbol (1) rotatorio y porque en éste está dispuesto, como elemento de apoyo (3), un cuerpo de rotación dispuesto en sentido coaxial.

11. Cojinete de deslizamiento según la reivindicación 10, caracterizado porque el elemento de apoyo (3), al menos uno, presenta, para el alojamiento axial del árbol (1), una pieza (3.1) en forma de plato que se extiende desde el árbol en sentido radial, y una pieza (3.2) para el alojamiento radial del árbol (1) que se extiende en sentido axial, en forma de cilindro hueco.

12. Cojinete de deslizamiento según la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque las boquillas (4) están dispuestas en las superficies de apoyo (L) del cuerpo estacionario (2).

13. Cojinete de deslizamiento según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque el cuerpo estacionario (20) es una conducción lineal, y porque el cuerpo móvil (21) se puede mover en sentido lineal en la conducción lineal.

14. Cojinete de deslizamiento según la reivindicación 13, caracterizado porque las boquillas (4) están dispuestas en las superficies de apoyo (L) del elemento de apoyo (21) móvil.

15. Utilización de un cojinete según una de las reivindicaciones 6 a 14 para el alojamiento de un husillo de herramienta en una máquina-herramienta.