5.4. Расчет теплового баланса подшипника.
Тепло, выделившей и в подшипнике без смазки, может быть отведено во внешнюю среду через корпус подшипника и вал в случае, если материалы вала и подшипника обладают высокой теплопроводностью. Поскольку теплоотвод через корпус подшипника значительно выше, чем через вал, то в расчете ограничиваются вычислением теплоотвода через корпус. Такой же расчет производят, когда шейка вала выполнена из материала с низкой теплопроводностью. Если же вкладыш подшипника толстостенный и выполнен из материала, плохо проводящего тепло, то отводимое тепло рассчитывают через вал.
Количество тепла, отводимое через корпус подшипника, в общем виде находят по формуле:
Q2 = k(tп - tв)F',
где k — коэффициент теплопередачи, ккал/(м2·ч·°С); tn — температура рабочей зоны подшипника, °С; tв — температура окружающей среды, °С; F' — наружная теплоотдающая поверхность корпуса подшипника, м2.
Коэффициент теплопередачи может быть определен так:
где δi — толщина слоя материала подшипника, м; λi —коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности подшипника в окружающую среду, ккал/(м2·ч·°С).
Для подшипников с металлическими вкладышами величина
пренебрежимо мала по сравнению 1/αв, поэтому можно принимать k = αв. При охлаждении корпуса подшипника воздухом для необдуваемых подшипников, к = 8 ÷ 14 ккал/(м2·ч·°С), меньшие значения относятся к подшипникам с затрудненным теплоотводом, а для обдуваемых — к = 14 √vв, vв —скорость воздуха, м/с.
П
ри
установившемся режиме Q1 = Q2 температура
в рабочей зоне подшипника будет
П
ри
отводе тепла из рабочей зоны подшипника
через вал температура в рабочей зоне
подшипника будет
где G и F' — масса (кг) и площадь поверхности (м2) той части длины вала, которая расположена по обе стороны от подшипника и равна (3 ÷ 4) d; с— теплоемкость материала вала [для стали принимают 0,12 ккал/(кг·°С)]; k —коэффициент теплопередачи к воздуху [принимают в пределах 8—12 ккал/(м·ч· С) в зависимости от подвижности воздуха]; Т1, — общее время работы подшипника в течение смены (с перерывами), ч; Т — время работы подшипника, ч.
Температуру tп (°С) сравнивают с предельно допустимой температурой [t] для выбранного материала так, чтобы выдерживалось соотношение
tп ≤ [t]
Если это условие не соблюдается, то необходимо усилить теплоотвод от подшипникового узла путем увеличения теплоотдающей поверхности или применения искусственного охлаждения, например водой.
Значения допускаемых величин [р], [v], [рv] н [t] для различных подшипниковых материалов при сухом трении приведены в таблице.
Допускаемый режим работы и области применения подшипниковых материалов при сухом трении.
Материал |
[p] кгс/см3 |
[v], м/с |
[pv] кгс·м/ (см2·с) |
[t], °С |
Область применения |
|||||
Графит Графит, пропитанный металлами Графит, пропитанный смолами Углепластик
|
3 - 5 5 - 10 10 – 35 – |
1,5 2,5 – 3 1.5 1,5 - 2 |
10 15 – – |
400 200-300 140 200 |
Подшипники центробежных и ротационных газодувных машин, дымососов, электрошпинделей, а также подшипники механизмов, работающих в среде агрессивных жидкостей и газов при высоких температурах без вибрационных и ударных нагрузок. |
|||||
Полиамидные смолы |
30 |
0,2 |
1-1,5 |
75 |
Втулки, ролики ленточных транспортеров, вкладыши редукторов, подшипники сельскохозяйственных, швейных, текстильных и бытовых машин |
|||||
Полиамидные покрытия с наполнителями |
50-70 |
0,5 |
1.5 |
140 |
||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
||||||||||
Фенолформальдегидная смола, армированная волокнами и с Наполнителями |
5,0 |
1,0 |
10 |
40 - 80 |
Подшипники дорожных и сельскохозяйственных машин в условиях жаркого климата и запыленности, дендвудные подшипники судов, подшипники для химического оборудования и прокатных станов |
|||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
||||||||||
Фторопласт |
5—7 |
0.5 |
0,4—0 6 |
120 |
Подшипники насосов, аппаратов с перемешивающими устройствами в среде агрессивных жидкостей и газов, подшипники для приборов, оборудования для криогенных жидкостей, медицинской техники, текстильных машин. |
|||||
Фторопласт с наполнителем |
10—25 |
1,0 |
2—4 |
120 |
||||||
Фторопластовая облицовка (ткань) при вклеивании |
50 |
1,0 |
3 - 5 |
От -25 до +135 |
||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|||||||
|
||||||||||
Металлокерамика, пропитанная фторопластом |
100-300 |
5 |
1,5 - 2 |
От -200 До +200 |
Подшипники автомобильных подвесок и систем управления, сельскохозяйственных и текстильных машин, бытовых приборов, электродвигателей, в узлах трения вертолетов и самолетов. |
|||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|||||||
Металлокерамика, пропитанная маслом |
180-250 |
4-6 |
7-10 |
70—80 |
||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|||||||
Металлокерамика на стальной основе (металлофторопластовая лента) |
100-300 |
5 |
4 |
От-200 до +280 |
||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|||||||
Металлокерамические твердые сплавы |
300 |
15 |
10—15 |
300 |
Подшипники погружных герметических насосов, реакторов и других механизмов химического оборудования |
|||||
|
|
|
|
|||||||
Минералокерамика |
5 |
2 |
10 |
500 |
||||||
Карбидокремниевые композиции |
60 |
15 |
|
400 |
||||||
Прессованная древесина, пропитанная маслом |
30 |
1 |
25 |
80 |
Втулки, вкладыши, подпятники для сельскохозяйственных машин и оборудования пищевых производств, бегунки транспортеров, дейдвудные подшипники судов, подшипники лебедок |
|||||
Прессованная древесина, непропитанная |
25 |
0,5 |
12 |
50 |
||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
||||||
Твердые смазочные покрытия на металле |
До предела текучести металла |
2,5 |
0,5 - 3 |
250—300 |
Подшипники для приборов бытовой и вакуумной техники и др. |
|||||