Расчет радиального подшипника

Приведем пример расчета радиального подшипника скольжения. Требуется исследовать радиальный подшипник с углом охвата 360°, с габаритами D = 120 мм и В = 60 мм при нагрузке F — = 36 000 Н и частоте вращения n_s = 33,33 с '. Теплоотдающая поверхность подшипникового узла равна А = 0,3 м². Вкладыш подшипника изготовлен из алюминиевого сплава, вал — из стали. Масло подастся в нснагруженную зону по патрубку диаметром d= 5 мм. Смазывание осуществляется маслом ISO VG 100 (соответствует примерно SAE 30). Прежде всего необходимо установить, нуждается ли подшипниковый узел в принудительном охлаждении. Предполагаем, что температура окружающей среды не будет превышать t_a = 40 °C, а температура корпуса подшипника =.

= 70 °C. Ниже приведены исходные данные.

* Коэффициент запаса по толщине слоя масла принят равным 3.

Расчет. Произведем проверку ламинарности течения при предположительной температуре te, o = 60 °C и предположительной плотности масла р = 900 кг/м³:

Так как число Рейнольдса Rc = 27,14 < 1073,5, то течение масла в зазоре между валом и внутренним диаметром вкладыша является ламинарным, что соответствует нормальной работе подшипника.

Найдем условное давление:

Полагая, что тепло отводится конвективным способом, примем эффективную температуру (в, о = /_е= 60 °C.

Этой температуре соответствует динамическая вязкость масла (табл. 8.4), равная T)_eff = 0,037Пас.

Зависимость вязкости масла от температуры Таблица 8.4.

Максимальное и минимальное значения относительного зазора составят:

Среднее значение относительного зазора равно.

Изменение относительного зазора вследствие термического расширения определяется следующим выражением:

Эффективный относительный зазор будет равен.

Угловая скорость вала:

Число Зоммерфельда:

Относительный эксцентриситет:

Значение относительного эксцентриситета для подшипника с углом охвата Q. = 360° определялось из выражения:

где.

Минимальная толщина смазочного слоя: Найдем отношение.

где

еи Коэффициент трения равен

Количество тепла, выделяемого трением в подшипнике (в масле за счет вязкого трения),.

Количество тепла, отводимого корпусом подшипника,.

Из равенства найдем в первом приближении.

Так как t_B. > t_Bsi~ 60 °C, то произведем корректировку результата с учетом того, что при повышенной температуре изменится вязкость масла. Примем новое значение температуры, равное полусумме ранее принятого и полученного расчетом значений:

Далее используется итерационная процедура, которая заканчивается, если последующее приближение при оценке температуры не будет превышать 1 °C. Данные приведены в табл. 8.5.

Так как , то требуется применить искусственное охлаждение корпуса подшипника. Мы полагали, что все тепло отводится корпусом, который представляет собой управляемую систему — систему, теплоотвод из которой можно осуществить за счет оребрения корпуса, применения внешнего обдува или использования водяного охлаждения.

Не менее важно произвести оценку нагрева самого масла. Вначале полагаем, что температура масла на выходе из зоны трения поднимется на 20 °C. В этом случае

Данные итерационной процедуры оценки температуры корпуса подшипника Таблица 8.5.

Найдем эффективную температуру масла, равную полусумме температур на входе и выходе из подшипника.

Вязкость масла при температуре /_сfr= 68 °C равна.

Учитывая термическое расширение, найдем изменение относительного зазора:

Эффективное значение относительного зазора:

Число Зоммерфельда:

Относительный эксцентриситет найдем по ранее приведенной зависимости:

Минимальная толщина слоя смазочного материала:

Отношение коэффициента трения к эффективному относительному зазору:

Тогда.

Количество выделяемого тепла:

Объемный расход масла:

01 — расход масла через торцы, обусловленный собственным давлением масла, находящегося в зазоре:

02 — расход масла в направлении вращения вала (при условии, что питающее отверстие диаметром dn = 5 мм расположено в ненагруженной зоне по линии действия нагрузки), который определяется выражением.

где.

Подставив численные значения, запишем:

Общий расход равен

Найдем тепло, отводимое маслом:

Приняв определим температуру масла на выходе из зоны трения:

Поскольку , то для нахождения температуры на выходе используем итерационную процедуру.

Новое значение температуры на выходе равно.

Итерационную процедуру (табл. 8.6) будем продолжать до тех пор, пока разность между последующим значением температуры на выходе и предыдущим не превысит 1 °C.

Итерационная процедура оценки температуры масла Таблица 8.6.

Приведем окончательные результаты расчета:

• • температура масла на выходе из зоны трения /₂ = 75 °C (повышение температуры составило 75 — 58 = 17°С);
• • коэффициент трения/= 0,454;
• • минимальная толщина слоя смазочного материала Л₀ = = 17,47 • 10 ⁶м= 17,47 мкм;
• • относительный зазор |/ = 1,558 • 10 ³;
• • число Зоммерфельда So = 2,021.

• [1] Если температура превосходит /5цт, то нужно предусмотреть охлаждение смазочного материала. При этом принимается, что давление масла всистемерх = 5 • 105 Па и температура подводимого масла t = 58 °C.
• [2] Если температура превосходит /5цт, то нужно предусмотреть охлаждение смазочного материала. При этом принимается, что давление масла всистемерх = 5 • 105 Па и температура подводимого масла t = 58 °C.
• [3] Если температура превосходит /5цт, то нужно предусмотреть охлаждение смазочного материала. При этом принимается, что давление масла всистемерх = 5 • 105 Па и температура подводимого масла t = 58 °C.
• [4] Если температура превосходит /5цт, то нужно предусмотреть охлаждение смазочного материала. При этом принимается, что давление масла всистемерх = 5 • 105 Па и температура подводимого масла t = 58 °C.