Подшипники, обработанные гидродинамической смазкой, являются самым главным типом подшипников скольжения, так как жидкая смазка гарантирует надежную работу с незначительным конечным износом. Для этих подшипников слой смазки образуется при относительном движении скользящих поверхностей. Это движение приводит к протеканию смазки в прорезь, благодаря адгезии смазки. Поддерживающий слой образуется из V-образного узкого паза. В этом слое образуется поле гидродинамического давления, вызывающее силу, которая должна быть в равновесии с силой подшипника, вызывающей нагрузку. Поле гидродинамического давления изображено на следующем схематическом рисунке подшипника.
Значение используемых переменных:
|
d |
Диаметр цапфы [мм] |
|
D |
Диаметр подшипника [мм] |
|
e |
Эксцентриситет цапфы в подшипнике [μм] |
|
F |
Сила, вызывающая нагрузку [Н] |
|
h o |
Наименьшая толщина гидродинамически эффективного слоя смазки во время работы подшипника [μм] |
|
L |
Ширина подшипника [мм] |
|
n |
Скорость цапфы [мин -1 |
Толщина слоя смазки зависит от скорости относительного движения скользящих поверхностей (скорость цапфы подшипника), вязкости смазки и активной силы, вызывающей нагрузку. Так как скользящие поверхности деталей механизма не бывают идеально гладкими и ровными, полное их разделение и последующее жидкостное трение обеспечит только слой смазки определенной минимальной толщины, для образования которого потребуется минимальная скорость скольжения. Если эта скорость не достигается, подшипник работает в условиях максимального трения.
Поток в гидродинамическом поддерживающем слое является ламинарным для большинства подшипников. Только при высокой скорости скольжения может быть создан вихревой поток. При высокой скорости цапфы может также возникнуть ее вибрация вращения с неполной частотой оборотов. Во избежание подобных состояний необходимо выполнить проверку подшипника. Необходимо проверить не только минимальную скорость при максимальном трении, но и верхний предел скорости.
Расчет гидродинамических радиальных подшипников скольжения проводится по формуле Рейнольдса с учетом реального дизайна и условий эксплуатации подшипника. Для вычисления по формуле Рейнольдса используются упрощающие условия:
- Смазывающая жидкость не сжимается; скорость потока намного ниже предела скорости звука.
- Поток — ровный, ламинарный и изотермический; смазывающая жидкость характеризуется постоянной плотностью, вязкостью и температурой при любых условиях.
- Предельный слой смазки перемещается с переносной скоростью скользящих поверхностей.
- Слой смазки тонкий, поэтому можно не учитывать влияние его кривизны и вычислить путем расчета в прямом направлении.
- Слой смазки полностью заполняется смазкой с теми же свойствами.
- Тяжесть смазки и силы инерции слоя смазки незначительны.
- Толщина слоя смазки не зависит от направления потока смазки из-за постоянного давления в этом направлении.
- Воздействие давления подачи на поле давления смазки и воздействие отрицательного давления слоя смазки не учитываются.
- Микрогеометрические и макрогеометрические отклонения форм скользящих поверхностей преобразуются в идеальные эквивалентные геометрические формы; отклонения взаимного положения обычно не учитываются.
- Детали подшипника несгибаемы; их размер и форма неизменяемы.
- Средняя температура смазки на выходе из подшипника принята за направляющую температуру для определении вязкости смазки при расчете.
Необходимо учитывать, насколько эти предположения соответствуют реальности, так как детали подшипника нельзя считать жесткими, формы идеальными, а положение взаимным из-за особенностей производства, сборки и эксплуатации. Изменение степени вязкости смазки или даже плотности в большинстве случаев из-за изменения температуры может привести к различиям в расчетах и действительных свойствах подшипника. Если в слой смазки вместе со смазочной жидкостью попадет воздух или грязь, это может отрицательно повлиять на функционирование подшипника.