14.6.2. Упорные подшипники (подпятники)

Работа подпятников в режиме жидкостного трения обеспечивается, как и в радиальных подшипниках, когда гидродинамическое давление в слое смазки, разделяющем трущиеся поверхности, уравновешивает внешнюю нагрузку (рисунок 14.6).

Для приближенного расчета упорных подшипников с неподвижными сегментами используется следующее выражение

,

где – среднее давление в слое масла, – поправка на конечный радиальный размер сегмента; Па; – динамическая вязкость масла, Па·с; – скорость скольжения, м/с; – длина сегмента по окружности среднего диаметра трения, м; – угол наклона сегмента, рад; – минимальная толщина масляного слоя, м.

Рис. 14.6. К расчету упорного подшипника

Поправка на конечный радиальный размер сегмента определяется по формуле

,

где – ширина сегмента, м.

Несущая способность подшипника определяется по формуле

,

где – осевая нагрузка на подшипник, Н; – число сегментов.

Приближенный расчет несущей способности упорных подшипников с подвижными сегментами, в которых автоматически поддерживается оптимальное расположение трущихся поверхностей (см. рисунок 14.6), проводится по формуле

.

14.7. Тепловой расчет

1) 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, ккг/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

°К.

2) Тепловой расчет упорных подшипников (подпятников) проводится по характеристике .

3) 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.