Расчет гидродинамического подшипника при циркуляции смазочного материала с целью охлаждения конструкции

При расчете принудительной смазки подшипника необходимо задаться величиной температуры смазочного материала на входе в подшипник =25⁰С

Предполагаемая температура смазочного материала на выходе из подшипника , ⁰С определяется по формуле

(31)

Эффективная температура , ⁰С смазочного слоя вычисляется по формуле

(32)

Эффективная динамическая вязкость , Па*с жидкого смазочного материала вычисляется по формуле

(33)

 - плотность жидкого смазочного материала при рабочей температуре, кг/м³;

 - показатель степени определенный по таблице

Плотность масла в зависимости от температуры

(34)

Где  - температурная поправка, определяемая по таблице.

 - плотность масла при 20⁰С, кг/м³

Изменение относительного зазора в результате теплового воздействия в подшипнике составит

(35)

Эффективный относительный зазор , мм в подшипнике вычисляется по формуле

(36)

Критерий нагруженности подшипника (число Зоммерфельда)  при наличие подачи смазочного материала определяется по формуле

(37)

Относительный эксцентриситет  определяется по графикам в зависимости от значений критерия нагруженности , относительная длина подшипника , и дуги охвата  шипа вкладышем, т. е.

Минимальная толщина смазочного слоя вычисляется по формуле

(38)

Условие отсутствия контакта поверхностей по вершинам шероховатостей

(39)

Где

Затем определяется величина  по графикам, приведенным в приложении, как зависимость .

Коэффициент трения  в нагруженной и ненагруженной зонах определится по формуле

(40)

Конструирование вкладыша.

Вкладыши применяются для того чтобы не выполнять корпуса опор из дорогих антифрикционных материалов, для возможности замены после износа. Вкладыши в неразъемных подшипниках изготовляют в виде втулок, а в обычных разъемных подшипниках - из двух половин. Вкладыши за срок службы изнашиваются на глубину, измеряемую как максимум, в десятых долях миллиметра. Однако выполнять вкладыши такой толщины нельзя по условию их прочности и по техническим возможностям. Поэтому вкладыши обычно выполняют биметаллическими; тонкий антифрикционный слой в них наплавлен на стальную, чугунную, а в ответственных подшипниках - на бронзовую основу. Мягкие антифрикционные материалы - баббиты и свинцовые бронзы применяют исключительно в виде покрытий. В мелкосерийном и единичном производстве наряду с биметаллическими вкладышами иногда применяют также более простые в изготовлении сплошные вкладыши из антифрикционных материалов средней и высокой прочности (из антифрикционных чугунов, текстолита, прессованной древесины).

Толщина литого вкладыша, устанавливаемого в корпус:

 , мм

где  - диаметр цапфы, мм.

Толщина заливки

 , мм

Уменьшение толщины заливки баббитом резко повышает сопротивление усталости слоя.

Толщина полиамидного вкладыша:

 , мм

Толщина пластмассового покрытия (0,015...0,02) .

В массовом производстве вкладыши штампуют из ленты, на которую нанесен антифрикционнй материал. Это приводит к значительному уменьшению расхода цветных металлов (в 3...10 раз), многократному сокращению трудоемкости (до 10 раз) и повышению качества подшипников. Переход на централизованное изготовление стандартизованных вкладышей из ленты является важнейшей технологической тенденцией развития производства подшипников скольжения. В некоторых западных странах имеется мощная промышленность подшипников скольжения, аналогичная промышленности подшипников качения. Антифрикционный слой наносится на ленту заливкой или спеканием порошков на ленте (бронзы) или совместной прокатной (алюминиевые сплавы). Толщина ленты составляет 1,5...2,5 мм с антифрикционным слоем толщиной (0,2...0,3) мм. Вкладыши устанавливают в корпуса с натягом и предохраняют от проворачивания установочными штифтами.

Для продолжения расчетов на данном этапе необходимо определится с подводом смазочного материала в зону трения. Зависимости расхода смазочного материала от конструкции вкладышей представлены формулами (49) – (56).

При условии заполнения смазочным материалом всего смазочного зазора и расчета элементов подачи смазочного материала, предусматривающего смазочные отверстия и круговые канавки (см. рис. ), силу трения в смазочном слое определяют по формуле

(41)

Где  - коэффициент потери мощности на трение в смазочном кармане;

 - коэффициент потери мощности на трение в смазочной канавке;

 - глубина смазочного кармана, мм;

 - глубина смазочной канавки, мм;

 - число Рейнольдса в смазочном кармане;

 - число Рейнольдса в смазочном кармане;

 - ширина смазочного кармана, мм;

 - ширина смазочной канавки, мм.

Рис. 4 Схема подачи смазочного материала через два смазочных кармана, расположенных под углом ± 90° к приложенной нагрузке.

Рис. 5 Размеры смазочных канавок.

Размеры смазочных канавок и карманов представлены в таблице 7.

Таблица 7

, мм	, мм	, мм	, мм	, мм	, мм	, мм
до 63	1,5	1,5		6	5	18
cв 63 до 80	2	2		8	6	25
cв 80 до 90	2,5	2		10	8	30
cв 90 до 110	3	2,5		12	8	40

При наличие циркуляции смазочного материала для охлаждения подшипника, условие теплового баланса устанавливается следующим образом

(42)

Где  - мощность трения в подшипнике или генерируемое тепло, Вт;

 - интенсивность теплового потока при конвекции, Вт

Мощность трения , Вт в подшипнике или генерируемое тепло определяется по уравнению

(43)

Тепло, отводимое смазочным материалом , Вт определяется по формуле

(44)

Где  - удельная объемная теплоемкость смазочного материала;

 - общий расход смазочного материала при заполнении нагруженной и ненагруженной зон трения, м³/с;

Расход смазочного материала , м³/с, обусловленный развитием внутреннего давления вычисляется по формуле

(45)

Где  - параметр расхода смазочного материала, определяется по графикам, приведенным в приложении - ;

Расход смазочного материала , м³/с, возникающий в результате давления подачи, определяют по формуле

(46)

Где  - параметр зависящий от конструкции вкладыша и геометрии маслоподводов, определятся по формулам (49) - (56);

=0.05…0.2 МПа. - давлении подачи смазочного материала.

Таким образом фактическая температура , ⁰С смазочного материала составит

(47)

Условие работоспособности подшипника

(48)

Подача смазочного материала через смазочное отверстие, расположенное на стороне, противоположной направлению нагрузки.

(49)

Где

Подача смазочного материала через смазочное отверстие, расположенное под углом 90° к направлению нагрузки

(50)

где  - по формуле (49)

Подача смазочного материала через два смазочных отверстия, расположенных под углом 90° к направлению нагрузки

(51)

где  - по формуле (49)

Подача смазочного материала через круговую канавку (полная канавка).

(52)

Подача смазочного материала через круговую канавку 180° (частичная канавка)

(53)

Подача смазочного материала через смазочный карман, расположенный на стороне, противоположной направлению нагрузки

(54)

Где

Формула справедлива при

Подача смазочного материала через смазочный карман, расположенный под утлом 90° к направлению приложения нагрузки

(55)

Где  - по формуле (54).

Подача смазочного материала через два смазочных кармана, расположенных под углом ± 90° к направлению нагрузки

(56)

где  - по формуле (54)

Приложение А.

Нормальные линейные размеры (ГОСТ 6636-69)

Приложение Б

Число Зоммерфельда  как функция относительного эксцентриситета  для =360°

Приложение В

Число Зоммерфельда  как функция относительного эксцентриситета  для =180°

Приложение Г

Число Зоммерфельда  как функция относительного эксцентриситета  для =150°

Приложение Д

Число Зоммерфельда  как функция относительного эксцентриситета  для =120°

Приложение Е

Число Зоммерфельда  как функция относительного эксцентриситета  для =90°

Приложение Ж

Удельный коэффициент трения  как функция относительного эксцентриситета  для =360°

Приложение З

Удельный коэффициент трения  как функция относительного эксцентриситета  для =180°

Приложение И

Удельный коэффициент трения  как функция относительного эксцентриситета  для =150°

Приложение К

Удельный коэффициент трения  как функция относительного эксцентриситета  для =120°

Приложение Л

Удельный коэффициент трения  как функция относительного эксцентриситета  для =90°

Приложение М

Параметр расхода смазочного материала  как функция относительной длины подшипника  для =360°

Приложение Н

Параметр расхода смазочного материала  как функция относительной длины подшипника  для =180°

Приложение О

Параметр расхода смазочного материала  как функция относительной длины подшипника  для =150°

Приложение П

Параметр расхода смазочного материала  как функция относительной длины подшипника  для =120°

Приложение Р

Параметр расхода смазочного материала  как функция относительной длины подшипника  для =90°

Приложение С.

Предельные отклонения основных валов при размерах от 1 мм до 500 мм.