軸承的熱平衡計算

   時間:2014-03-07 10:18:12
軸承的熱平衡計算簡介
軸承工作時,摩擦功耗將轉變為熱量,使潤滑油溫度升高。如果油的平均溫度超過計算承載能力時所假定的數值,則軸承承載能力就要降低。因此要計算油的溫升△t,並……
軸承的熱平衡計算正文

   軸承工作時,摩擦功耗將轉變為熱量,使潤滑油溫度升高。如果油的平均溫度超過計算承載能力時所假定的數值,則軸承承載能力就要降低。因此要計算油的溫升△t,並將其限制在允許的範圍內。

軸承運轉中達到熱平衡狀態的條件是:單位時間內軸承摩擦所產生的熱量H等於同時間內流動的油所帶走的熱量H1與軸承散發的熱量H2之和,即 

  軸承中的熱量是由摩擦損失的功轉變而來的。因此,每秒鐘在軸承中產生的熱量H為 

由流出的油帶走的熱量H1為  

式中:Q——耗油量,按耗油量係數求出,

 ρ——潤滑油的密度,對礦物油為850~900kg/

 c——潤滑油的比熱容,對礦物油為1675~2090J/(kg·℃);

 t0——油的出口溫度,℃;

 ti——油的入口溫度,通常由於冷卻設備的限制,取為35~40℃。

除了潤滑油帶走的熱量以外,還可以由軸承的金屬表面通過傳導和輻射把一部分熱量散發到周圍介質中去。這部分熱量與軸承的散熱表面的面積、空氣流動速度等有關,很難精確計算。因此,通常採用近似計算。若以H2代表這部分熱量,並以油的出口溫度t0代表軸承溫度,油的入口溫度代表周圍介質的溫度,則: 

式中αs為軸承的表面傳熱係數,隨軸承結構的散熱條件而定。對於輕型結構的軸承,或周圍介質溫度高和難於散熱的環境(如軋鋼機軸承),取 αs=50/;中型結構或一般通風條件,取αs =80/;在良好冷卻條件下(如周圍介質溫度很低,軸承附近有其它特殊用途的水冷或氣冷的冷卻設備)工作的重型軸承,可取αs=140/。 

熱平衡時,H=H1+H2,即 

於是得出為了達到熱平衡而必須的潤滑油溫度差Δt為: 

式中:

——耗油量係數,無量綱數,可根據軸承的寬徑比B/d及偏心率由圖查出。

 f——摩擦係數,其計算公式為,式中ξ為隨軸承寬徑比而變化的係數,對於B/d<1的軸承。;B/d≥1時,ξ=1;ω為軸頸角速度,單位為rad/s,B、d的單位為mm;p為軸承的平均壓力,單位為Pa;η為滑油的動力粘度,單位為Pa·s

 用上式只是求出了平均溫度差,實際上軸承上各點的溫度是不相同的。潤滑油從入口到流出軸承,溫度逐漸升高,因而在軸承中不同之處的油的粘度也將不同。研究結果表明,在利用承載量係數公式

計算軸承的承載能力時,可以採用潤滑油平均溫度時的粘度。潤滑油的平均溫度tm=(ti+t0)/2,而溫升△t=t0-ti,所以潤滑油的平均溫度tm按下式計算:

  

為了保證軸承的承載能力,建議平均溫度不超過75℃。

設計時,通常是先給定平均溫度tm,按上式求出的溫升Δt來校核油的入口溫度ti,即

  

若ti>35~40℃,則表示軸承熱平衡易於建立,軸承的承載能力尚未用盡。此時應降低給定的平均溫度,並允許適當地加大軸瓦及軸頸的表面粗糙度,再行計算。

若ti<35~40℃,則表示軸承不易達到熱平衡狀態。此時需加大間隙,並適當地降低軸承及軸頸的表面粗糙度,再作計算。此外要說明的是,軸承的熱平衡計算中的耗油量僅考慮了速度供油量,即由旋轉軸頸從油槽帶入軸承間隙的熱量,忽略了油泵供油時,油被輸入軸承間隙時的壓力供油量,這將影響軸承溫升計算的精確性。因此,它適用於一般用途的液體動力潤滑徑向軸承的熱平衡計算,對於重要的液體動壓軸承計算可參考相關手冊。

 

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