Hydrodynamicky mazaná ložiska patří k nejdůležitějším kluzným ložiskům, protože plné kapalinné mazání (kluzné plochy jsou zcela odděleny mazivem) zaručuje jejich spolehlivý chod, prakticky bez opotřebení. Mazací vrstva se u těchto ložisek vytváří účinkem relativního pohybu kluzných ploch. Tento pohyb způsobuje vlivem přilnavosti maziva jeho proudění v mazací mezeře. V klínovitě se zužující části mezery vzniká nosná vrstva. V této vrstvě se vytváří hydrodynamické tlakové pole, jehož výslednice musí být v rovnováze se silou zatěžující ložisko. Průběh hydrodynamického tlaku je znázorněn na následujícím schématickém obrázku ložiska.
Význam použitých proměnných:
|
d |
Průměr čepu ložiska [mm] |
|
D |
Průměr ložiska [mm] |
|
e |
Výstřednost čepu v ložisku [μm] |
|
F |
Zatěžující síla [N] |
|
h o |
Nejmenší tloušťka hydrodynamicky účinné mazací vrstvy za chodu ložiska [μm] |
|
L |
Šířka ložiska [mm] |
|
n |
Otáčky čepu [min -1 ] |
Tloušťka nosné mazací vrstvy závisí především na rychlosti relativního pohybu kluzných ploch (tedy otáček čepu ložiska), viskozitě maziva a působící zátěžné síle. Protože kluzné plochy strojních součástí nejsou nikdy dokonale hladké ani rovné, zajistí jejich úplné oddělení a tím i kapalinné tření, mazací vrstva určité minimální tloušťky, k jejímuž vytvoření je potřeba i určité minimální kluzné rychlosti. Pokud není této rychlosti dosaženo, pracuje ložisko v oblasti mezního tření.
Proudění v hydrodynamické nosné vrstvě je u většiny ložisek laminární. Pouze při vysokých kluzných rychlostech může nastat proudění turbulentní. Při vysokých otáčkách čepu může také docházet k jeho vířivému kmitání s frekvencí poloviční k frekvenci otáček. Aby k těmto stavům nedocházelo, je potřeba kontrolovat ložisko. Je nutné kontrolovat ložisko nejen z hlediska minimálních otáček na hranici mezního tření, ale také z hlediska mezní hranice otáček maximálních.
Vlastní výpočet hydrodynamických radiálních kluzných ložisek vychází z řešení Reynoldsovy rovnice s uvážením reálných konstrukčních a provozních podmínek ložiska. Pro řešení Reynoldsovy rovnice je užita řada zjednodušujících předpokladů:
- Mazací kapalina je nestlačitelná, rychlost proudění je hluboce podzvuková.
- Proudění je stacionární, laminární a izotermické; mazací kapalina má časově i místně stálou hustotu, viskozitu a teplotu.
- Mezní vrstva maziva se pohybuje unášivou rychlostí kluzných povrchů.
- Vrstva maziva je tenká, takže vliv jejího zakřivení je zanedbatelný a lze ji řešit jako rozvinutou do přímého směru.
- Mazací vrstva je zcela zaplněna homogenním mazivem.
- Tíha maziva a setrvačné síly v mazací vrstvě jsou zanedbatelné.
- Ve směru tloušťky mazací vrstvy je konstantní tlak, proto mazivo v tomto směru neproudí.
- Zanedbává se vliv přívodního tlaku na tlakové pole maziva i vliv podtlakové části mazací vrstvy.
- Mikrogeometrické i makrogeometrické úchylky tvaru kluzných ploch se převádějí na ekvivalentní ideální geometrické tvary; odchylky vzájemné polohy se zanedbávají.
- Části ložiska jsou dokonale tuhé, nemění ani svou velikost ani tvar.
- Za směrodatnou teplotu pro stanovení výpočetní viskozity maziva se považuje střední teplota maziva na výstupu z ložiska.
Při výpočtu je třeba uvážit, do jaké míry jsou tyto předpoklady splněny, protože součásti ložiska nejsou tuhé a vlivem výroby, montáže a provozu nemají ideální tvary ani vzájemnou polohu. Také změna viskozity maziva, případně i hustoty, a to především vlivem teplotních změn, může vést k rozdílům vypočtených a skutečných vlastností ložisek. Pokud by s mazací kapalinou vnikal do mazací vrstvy i vzduch a nečistoty, může být funkce ložiska ovlivněna i ve větší míře.