Материалы и расчетные характеристики подшипников качения для условия сухого трения (стр. 4 из 7)

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.

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.

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 металламиГрафит, пропитанный смоламиУглепластик		3 - 55 - 1010 – 35–		1,52,5 – 31.51,5 - 2	1015––	400200-300140200	Подшипники центробежныхи ротационных газодувных машин, дымососов, электрошпинделей, а также подшипники механизмов, работающих в среде агрессивных жидкостей и газов при высоких температурах без вибрационных и ударныхнагрузок.
Полиамидные смолы		30		0,2	1-1,5	75	Втулки, ролики ленточных транспортеров, вкладыши редукторов, подшипники сельскохозяйственных, швейных, текстильныхи бытовых машин
Полиамидные покрытия с наполнителями		50-70		0,5	1.5	140
Фенолформальдегидная смола, армированная волокнами и сНаполнителями		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 -25до +135
		Металлокерамика, пропитанная фторопластом		100-300			5		1,5 - 2	От -200До +200		Подшипники автомобильных подвесок и систем управления, сельскохозяйственных и текстильных машин, бытовых приборов, электродвигателей, в узлахтрения 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-200до +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 подшипникисудов, 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.

5.5. Расчет оптимальных зазоров.

Важным условием нормальной работы подшипника без смазки является выбор оптимального зазора между сопрягаемыми поверхностями подшипника и вала. От правильно выбранного зазора во многом зависит его работоспособность.