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.

При установившемся режиме Q1 = Q2 температура в рабочей зоне подшипника будет

При 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.