20.7. Тепловой расчет

Тепловой расчет радиальных подшипников, работающих в режиме граничного трения, сводится к определению значения условной величины , являющейся основной характеристикой тепловой напряженности подшипниковой сборочной единицы.

Тепловой расчет радиальных подшипников, работающих в режиме полужидкостного или жидкостного трения, проводится на основе теплового баланса при установившемся движении по формуле:

,

где  – количество тепла, образующегося в подшипнике от трения, Вт;  – количество тепла, отводимого через корпус и вал, Вт;  – количество тепла, отводимого вытекающим из подшипника маслом, Вт.

Количество тепла, образующегося в подшипнике от трения, определяется по формуле:

,

где  – радиальная нагрузка на опору, Н;  – скорость скольжения, м/с;  – коэффициент трения;  – угловая скорость вала, рад/с;  – диаметр цапфы, м.

Количество тепла, отводимого через корпус и вал, определяется по формуле

,

где К – коэффициент теплоотдачи, Вт/м2 °К; А – площадь свободной поверхности подшипниковой сборочной единицы, м2;  – температура рабочей зоны подшипника, °К;  – температура окружающей среды, К.

Коэффициент теплоотдачи для необдуваемых подшипников принимается равным от 9,3 до 16,3 (меньшие значения для подшипников с затрудненным теплообменом). При обдувке коэффициент теплоотдачи определяется по формуле

,

где  – скорость обдува, м/с.

Свободная поверхность корпуса зависит от конструкции и размеров подшипника.


Площадь свободной поверхности может быть определена по формулам:

   или   .

К теплоотводящей поверхности корпуса условно добавляют приведенную поверхность вала, площадь которой равна  на каждый выходящий из корпуса подшипника конец вала. Меньшие значения принимают для валов с диаметром до 0,1 м.

Количество тепла, отводимого вытекающим из подшипника маслом, определяется по формуле:

,

где  – теплоемкость масла, кДж/кг К;  – объем масла, прокачиваемого через подшипник, м3/с;  – плотность масла, кг/м3;  – температура масла соответственно на выходе и входе в подшипник, °К.

По уравнению теплового баланса определяется:

· температура вытекающего масла, в случае необходимости предусматриваются меры по искусственному охлаждению;

· необходимый объем прокачиваемого масла для обеспечения требуемой температуры в подшипнике, не превышающей допускаемого значения;

Температура подшипниковой сборочной единицы должна быть:

 К.

Тепловой расчет упорных подшипников (подпятников) проводится по характеристике .

При тепловом расчете радиальных подшипников с вкладышами из неметаллических материалов определяется несущая способность подшипника. Для подшипника без искусственного охлаждения в предположении, что все тепло отводится валом (вследствие низкой теплопроводности материала подшипника) несущая способность определяется по формуле:

.

где  – коэффициент, учитывающий температурную поправку в зависимости от плотности масла;  – коэффициент трения;  – длина участка вала, эффективно отдающего тепло в окружающую среду, , м;  – угловая скорость вала, рад/с.