روانسازی هیدرودینامیک (HD)، که با نام روانساز فیلم سیال نیز شناخته میشود، المانهای ضروری دارد:
- یک روانساز باید سیالی ویسکوز باشد.
- رفتار سیال هیدرودینامیک سیال بین یاتاقان و ژورنال
- سطوحی که بینشان فیلمهای نازک باید همگرا باشند.
ضخامت فیلم از مجموع زبری سطح بیشتر است. ضریب اصطکاک از روانساز لایه مرزی کمتر است. روانسازی هیدرودینامیک از خستگی قطعات متحرک، جلوگیری میکند و همچنین مانع از تماس فلز با فلز میشود.
روانسازی هیدرودینامیک نیاز به فیلم نازک و سیال همگرا دارد. این سیالات میتوانند مایع یا گاز باشند تا زمانی که ویسکوزیته خود را نشان دهند. در اجزای کامپیوتری، مانند دیسک سخت، سرها با روانساز هیدرودینامیک که در آن فیلم سیال اتمسفر است، محافظت میشوند.
ابعاد این فیلمها از مرتبه میکرومتر است. همگرایی آنها، فشار عمود بر سطحی که در تماس با آن هستند، ایجاد میکند که آنها را از هم جدا میکند.
سه نوع یاتاقانها شامل موارد زیر هستند:
- خود عمل: فیلم بهواسطه حرکت نسبی موجود است. برای مثال: یاتاقانهای شیار مارپیچ
- فیلم فشرده: فیلم بهواسطه حرکت عمودی نسبی موجود است.
- تحت فشار قرار گرفتن به صورت خارجی: فیلم بهواسطه فشار خارجی موجود است.
به طور فرضی، یاتاقانها را میتوان در دو دسته هندسی اصلی دستهبندی کرد: یاتاقان - ژورنال (ضد اصطکاک) و صفحه - لغزنده (اصطکاک).
میتوان از معادلات رینولدز برای به دست آوردن اصول حاکم سیالات، استفاده کرد. هنگامیکه از گاز به عنوان سیال استفاده میشود، به دست آوردن معادلات، پیچیدهتر است.
میتوان تصور کرد که فیلمهای نازک، دارای فشار و نیرویهای ویسکوز عمل کننده بر آن دانست. به علت وجود تفاوت در سرعت، تفاوت در بردارهای کشش سطحی به وجود میآید. به دلیل وجود قانون بقای جرم، میتوان افزایش فشار و ایجاد تفاوت نیروهای حجمی را متصور شد.
مشخصههای روانساز هیدرودینامیک:
- فیلم سیال در نقطهی ضخامت حداقل، با افزایش بار، کاهش پیدا میکند.
- فشار در جرم سیال، با کاهش ضخامت فیلم بهواسطه افزایش بار، افزایش مییابد.
- فشار در جرم سیال، در نقاط با حداقل فاصله، بیشینه و در نقاط با بیشترین فاصله، کمینه است.
- ویسکوزیتی با افزایش فشار، افزایش مییابد.
- با استفاده سیالات ویسکوز تر، ضخامت فیلم در نقاط با فاصله کمینه، افزایش مییابد.
- با مقدار بار مشابه، فشار با افزایش ویسکوزیتی افزایش مییابد.
- با مقدار بار و سیال مشابه، ضخامت فیلم با افزایش سرعت افزایش مییابد.
- اصطکاک سیال با بزرگتر شدن ویسکوزیتی، افزایش مییابد.
سرعت سیال – شرایط هیدرودینامیک:
- سرعت سیال به سرعت محرک یا ژورنال وابسته است.
- افزایش سرعت نسبی با کاهش خروج از مرکز مراکز یاتاقان ژورنال
بارگذاری:
- افزایش بار، باعث کاهش ضخامت کمینه میشود.
- افزایش فشار با کاهش ضخامت کمینه
- فشار در تمام جهتها اعمال میشود.
- افزایش فشار باعث افزایش ویسکوزیتی میشود.
عدد مشخصه یاتاقان
یاتاقان بر اساس اثرات ویسکوزیتی، سرعت و بار بر روی ضخامت کمینه شناسایی میشود:
- افزایش ضخامت کمینه با افزایش سرعت
- افزایش ضخامت کمینه با افزایش ویسکوزیتی
- افزایش ضخامت کمینه با افزایش بار
بنابراین داریم:
ویسکوزیتی * سرعت/ بار واحد = عدد بیبعد C
عدد C با نام عدد مشخصه یاتاقان شناخته میشود. مقدار C، هیدرودینامیک بودن یا نبودن روانسازی یاتاقان را نشان میدهد. جداول مشخصه های یاتاقان پیوست شده است.