Łożyska smarowane hydrodynamicznie są najważniejszym rodzajem łożysk ślizgowych, ponieważ pełne płynne smarowanie gwarantuje ich niezawodną pracę, bez dużego zużycia końcowego. W tych łożyskach warstwa smarująca jest tworzona przez względny ruch przesuwanych powierzchni. Ten ruch powoduje wpłynięcie smaru w szczelinę smarowania dzięki adhezji smaru. Warstwa wspomagająca wypływa z wąskiej szczeliny w kształcie litery V. W tej warstwie tworzone jest pole ciśnienia hydrodynamicznego, którego siła wynikowa musi równoważyć siłę obciążenia łożyska. Pole ciśnienia hydrodynamicznego jest pokazane na następującym schemacie łożyska.
Znaczenie użytych zmiennych:
|
d |
Średnica czopu [mm] |
|
D |
Średnica łożyska [mm] |
|
e |
Mimośrodowość czopu w łożysku [μm] |
|
F |
Siła obciążenia [N] |
|
h o |
Najmniejsza grubość hydrodynamicznie skutecznej warstwy smarowania podczas pracy łożyska [μm] |
|
L |
Szerokość łożyska [mm] |
|
n |
Prędkość czopu [min -1 ] |
Grubość warstwy smarującej zależy od prędkości względnego ruchu przesuwanych powierzchni (prędkość czopu łożyska), lepkości smaru i działania siły obciążenia. Ponieważ powierzchnie przesuwne części maszynowych nie są nigdy doskonale gładkie ani równe, ich całkowite rozdzielenie i wynikające z niego tarcie płynne jest zapewnione tylko dzięki warstwie smarującej o konkretnej minimalnej grubości, która do powstania potrzebuje minimalnej prędkości poślizgu. Jeśli prędkość ta nie zostanie osiągnięta, łożysko pracuje w warunkach maksymalnego tarcia.
W większości łożysk, przepływ w hydrodynamicznej warstwie wspomagającej jest laminarny. Tylko przy wysokich prędkościach poślizgu może powstać przepływ turbulentny. Podczas dużych prędkości czopu, mogą również wystąpić drgania wibracyjne z połową częstotliwości prędkości obrotowej. Aby zapobiec takim sytuacjom, konieczne jest sprawdzenie łożyska. Trzeba nie tylko sprawdzić minimalną prędkość przy granicznym tarciu, lecz również granicę maksymalnej prędkości.
Obliczenia dla hydrodynamicznych promieniowych łożysk ślizgowych są oparte na równaniu Reynoldsa z uwzględnieniem faktycznego projektu i warunków pracy łożyska. Dla rozwiązania równania Reynoldsa przyjmuje się wiele upraszczających warunków:
- Płyn smarujący nie jest ściśliwy; prędkość przepływu jest dużo mniejsza od prędkości dźwięku.
- Przepływ jest równomierny, laminarny i izotermiczny; płyn smarowniczy ma stałą gęstość, lepkość i temperaturę przez cały czas i we wszystkich miejscach.
- Ograniczająca warstwa smaru przemieszcza się z prędkością unoszącą powierzchnie przesuwne.
- Warstwa smaru jest cienka, więc można pominąć wpływ jej krzywizny i obliczyć ją w kierunku prostym.
- Warstwa smaru jest całkowicie wypełniona smarem o tych samych właściwościach.
- Ciężar smaru i siły bezwładności w warstwie smaru są nieistotne.
- Smar nie płynie w kierunku grubości warstwy smaru z powodu stałego ciśnienia w tym kierunku.
- Wpływ ciśnienia wlotu na pole ciśnienia smaru i wpływ ujemnej części ciśnienia w warstwie smaru nie są objęte obliczeniami.
- Mikro- i makrogeometryczne odchyłki kształtów powierzchni przesuwnych są przekształcane w zastępcze kształty o idealnej geometrii; pomija się odchyłki wzajemnego położenia.
- Części łożyska są idealnie sztywne, ich wielkość i kształt są niezmienne.
- Średnią temperaturę smaru na wyjściu z łożyska przyjmuje się jako zalecaną temperaturę do określania lepkości smaru.
Należy rozpatrzyć, w jakim zakresie założenia te są zadowalające, ponieważ proces wytwarzania, montażu i eksploatacji łożyska powodują, że części łożyska nie są sztywne, nie posiadają idealnych kształtów, ani nie są idealnie ze sobą zestawione. Zmiana lepkości lub nawet gęstości, przeważnie z powodu zmian temperatury, może doprowadzić do różnic obliczonych i rzeczywistych właściwości łożyska. Przedostanie się powietrza i zanieczyszczeń do warstwy smaru razem z płynem smarującym może znacznie wpłynąć na działanie łożyska.