5.3 Расчет по критерию теплостойкости.

Нормальный тепловой режим при установившейся работе подшипника обеспечивает стабильность физико-механических свойств материалов пары трения геометрических размеров подшипника и является основным фактором надежности, долговечности и необходимого срока службы.

Количество выделившегося при работе подшипника тепла находится по формуле

Q1 = F·v/427

где F— сила трения, кгс; v — скорость скольжения шейки, м/с; 1/427 — тепловой эквивалент механической энергии, ккал/(кгс-м).

Q1 = (l·df/427)pv

Если принять, что коэффициент трения при установившемся движении величина постоянная, то из этого выражения следует

Q1 = C·p·v

где

С = (l·df/427) = const

Из формулы видно, что важным критерием при расчете подшипников сухого трения является критерий теплостойкости — допускаемое значение произведения давления на скорость скольжения [pv], кгс·м/(см²·с), которое характеризует увеличение температуры вследствие тепловыделения во время трения. При повышенной температуре подшипники допускают меньшие давления и скорости, их срок службы уменьшается.

Следовательно, критерии теплостойкости [pv] определяет долговечность работы подшипника.

Поскольку количество тепла Q1, пропорционально длине подшипника l, то для уточнения выбранной длины l требуется соблюдение условия

pv ≤ [pv].

Значение [pv] получают экспериментально в определенных условиях теплоотвода и при соответствующей им температуре подшипника. Испытания образцов материалов и подшипников производят на машинах трения и специальных стендах со ступенчатым повышением нагрузки при постоянной скорости скольжения. С увеличением нагрузки наступает такой момент, когда не могут быть получены устойчивые значения температуры в зоне контакта или коэффициента трения при продолжении эксперимента или наблюдаются признаки катастрофического изнашивания. Максимальное давление, умноженное на скорость скольжения, принятую в данном эксперименте, соответствует допускаемой величине критерия теплостойкости [pv], в связи с чем эта формула действительна только при соблюдении, подобных условий теплоотвода для проектируемого подшипника. Значение [pv] для каждого материала обычно приводится в виде справочных данных для расчета. При расчете подшипника, используя некоторые соотношения, корректируют размеры подшипника I и d в указанных пределах l/d, оптимальные значения которых определены из практики эксплуатации. Если оптимальные соотношения l/d не выполнены для выбранного материала подшипника, материал подшипника подбирается заново и расчет повторяется.

Есть метод расчета срока службы Т подшипника с использованием критерия [pv] и эмпирических коэффициентов. Этот метод расчета основан на использовании результатов испытаний подшипников сухого трения па износ в стендовых условиях максимально приближенных к производственным испытаниям. На основании проведенных испытаний устанавливают эмпирическую связь между долговечностью подшипника до выхода из строя и величиной допустимого значения коэффициента [pv].

Эмпирические формулы для расчета долговечности (ч) металлофторопластовых подшипников, изготовленных из спеченной ленты, в зависимости от условий работы в режиме сухого трения имеют следующий вид:

в условиях колебательного движения

T = A / [pv]2

,где A - эмпирический коэффициент (А = 2000 для упорных шайб и тяжело нагруженных радиальных подшипников А = 5000 для небольших мало нагруженных радиальных подшипников); [pv] = 1,4 - 2,2 кгс-м/(см2с) (меньшие качения для тяжело нагруженных подшипников); в условиях вращательного движения

Т = 250/(pv),

где pv > 2,86 кгс·м/(см2·с) для давлений р = 0,84 ÷ 22,4 кгс/см2 и скоростей скольжения 0,2-2,5 м/с; на более легких режимах при pv ≤ 2,07 кгс·м/(см2·с)

в условиях вращающейся относительно подшипника нагрузки при pv > 3,2 кгс·м/(см2·с)

T = (5/ pv)8

при pv < 3,2 кгс·м/ (см2·с)

T = (4,5/ pv)16

А. Д. Мошковым выведены эмпирические формулы для. расчета пористых подшипников из материала на основе железа при их работе без подвода смазывающего вещества извне, но с пропиткой маслом индустриальное 20 в диапазоне скоростей скольжения 0,5—3,0 м/с. Расчет произведен исходя из установившегося режима работы (теплового баланса) с учетом температуры подшипника, не превышающей 60—70 °С, и допустимого коэффициента [pv], равного 7,0 кгс·м/(см2·с). Для отношения l/d = 1 (диаметр подшипников составлял 25—50 мм) допустимое давление на вкладыш вычисляется по формуле

[р] = 3,67d0,165 v-0,962

где d — внутренний диаметр вкладыша, мм; v — скорость скольжения, м/с.

Внутренний диаметр вкладыша

d = 0,38· 10-3 p6,06 v5,83

где р — давление на вкладыш, кгс/см2.

Коэффициент трения определяется из формулы

f = 6-1 d-0,485 v0,376

В большинстве случаев условия отвода тепла для проектируемого подшипника отличаются от условий, имевшихся при проведении эксперимента. Кроме того, может быть неизвестно, при какой температуре подшипника величина [pv] была получена. Поэтому необходимо произвести дополнительный тепловой расчет проектируемого подшипника, поскольку температура его трущейся поверхности определяется соотношением выделенного и отведенного тепла.