CC BY
656
УДК 621.81
Е. Ф. Чубенко1
ОРГАНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ СМАЗКИ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ
Большое значение для современного машиностроения имеет проблема организации системы смазки подшипников качения. Обеспечение надежности работы машин заключается в своевременном и равномерном распределении тепла и его качественном отводе из рабочей зоны подшипниковых узлов. В данной статье подробно рассмотрены свойства смазки, способы и количество ее подачи. Основное внимание уделено эмпирическим зависимостям для определения оптимального количества прокачиваемого масла и рабочей температуры подшипников при различных условиях эксплуатации.
Ключевые слова: подшипники, трение, смазка, масляный туман, отвод тепла, тепловой баланс, нагрузка.
В подшипниках качения смазка применяется для разделения поверхностей трения от взаимного контакта и для уменьшения износа и трения между ними. Смазка предназначена для равномерного распределения тепла, образующегося в результате работы трения в подшипнике, и его отвода. Также, немаловажная задача смазки предохранять поверхности подшипника от коррозии и обеспечивать герметичность подшипника, защищая его от загрязнения. На работоспособность подшипников существенно влияют свойства смазки, ее количество и способ подачи.
Для смазывания подшипников качения применяются твердые и консистентные смазки, жидкие минеральные или синтетические масла2.
Консистентные смазки обычно используют для подшипников, имеющих трудности с обслуживанием и работающих в загрязненной среде. Для подшипников качения обычно применят следующие консистентные смазки: кальциевые, натриевые, кальциевонатриевые, литиевые и силиконовые.
1 © Елена Филипповна Чубенко к т. н., доцент кафедры Сервиса и технической эксплуатации автомобилей ИИБС Владивостокского государственного университета экономики и сервиса, ул. Гоголя, 41, г Владивосток, Приморский край, 690014, Россия, E-mail: elena.chubenko@vvsu.ru. тел.: +74232951485.
2Блюмберг А.И. Расчет на прочность деталей машин. М., 2003. С. 116.
Кальциевые смазки (солидолы) применяют для подшипников, окружная скорость вала которых не выше 10 м/с, а рабочая температура не превышает 60°С.
Натриевые смазки (консталины) также применяют при скорости вала не выше 10 м/с. Эти смазки чувствительны к влаге, под действием которой вызывают коррозию подшипников, но выдерживают большие рабочие температуры.
Кальциевонатриевые смазки применяют при окружных скоростях вала до 15м/с и температурах до 120°С. Силиконовые смазки могут быть использованы до рабочей температуры подшипника 140-280°С.
Корпуса подшипников заполняют консистентной смазкой в объеме до 1/2 их свободного пространства, при этом смазку регулярно добавляют и не реже одного раза в год полностью заменяют.
Применение жидких смазок обеспечивает меньшее трение на поверхностях взаимного соприкосновения и допускает работу подшипников при более высоких температурах, чем консистентные смазки.
В качестве жидких масел используют минеральные масле и синтетические смазки. Минеральные масла сохраняют свои свойства до 160°С. Для более высоких температур, используют синтетические смазки, которые не теряют своих свойств до 300°С.
Для работы при более высоких температурах используют твердые смазки. Наиболее часто применяют коллоидальный графит, дисульфид молибдена (Мо$2) и нитрид бора (ВЫ02). Графит может быть использован до температуры 350°С, а дисульфид молибдена сохраняет свои смазывающие свойства до температуры 400°С. При более высокой температуре образуется окись молибдена, обладающая высокими абразивными свойствами, что приводит к повышенному износу соприкасающихся поверхностей и резкому повышению температуры теплоотдачи1.
При условии работы механизма без подачи смазки сепараторы подшипников изготавливают из самосмазывающихся материалов. Наилучшими материалами для работы в таких условиях признаны масляниты В1 и В2 и смеси фторопласта 40 с бронзой.
В зависимости от режимов и условий работы применяют различные способы подачи жидкой смазки в подшипники. Смазка посредством окунания тел качения в масляную ванну применяется до значений параметра 8пш не более 0,3 -10 мм-об/мин. Для подшипников с горизонтальными осями валов уровень масла в корпусе поддерживают на
1Дмитриев Н.В. Теоретические основы работы подшипников. М., 2006. С. 214.
- 40 -
уровне центра тела качения, занимающего в подшипнике нижнее положение.
Для высокооборотных малогабаритных подшипников горизонтальных и вертикальных валов применяют дозированную капельную систему смазки при значении параметра $>пш не более 0,75-106 мм-об/мин.
Для подшипников опор редукторов и автомобилей применяют подачу смазки с разбрызгиванием из масляной ванны узла. Масло разбрызгивается погруженным в ванну на 10-15 мм зубчатым колесом или диском, при этом в корпусе образуется масляный туман, проникающий в подшипники и обеспечивающий их смазку.
Из-за низкого теплоотвода приведенные способы организации смазки оказываются неэффективными для высокоскоростных подшипников. В связи с этим для смазки и охлаждения высокоскоростных подшипников эффективна смазка масляным туманом, т.е. смазка маслом, распыленным струей воздуха. Этот способ позволяет при минимальном расходе масла достаточно эффективно отводить тепло и обеспечить низкий коэффициент трения подшипников. Смазку масляным туманом применяют при значении параметра 8пш до 1,510 мм-об/мин и более.
Для смазки и охлаждения тяжело нагруженных высокоскоростных подшипников применяют сплошную подачу смазки струями из форсунок. Этот способ подачи смазки используют при значениях параметра Бпш до 3,5-106 мм-об/мин и более. Поданное в подшипник масло смазывает дорожку качения внутреннего кольца, принимает от него тепло и под действием центробежных сил отбрасывается на дорожку качения наружного кольца, смазывая при этом поверхности тел качения и стенки гнезд сепараторов. Охлаждая и смазывая поверхности деталей подшипника, смазка выходит с обеих его сторон через зазор между сепаратором и бортами наружного кольца.
Как показывает опыт, большая доля тепла может образовываться в результате перемешивания значительных объемов смазки, подаваемых в подшипник для охлаждения. В таких условиях работы требуется регулировка подачи смазки в зависимости от режима эксплуатации для обеспечения наименьшего сопротивления движению деталей подшипника и обеспечения эффективного и равномерного теплоотвода.
Величина оптимального объема прокачиваемого масла в зависимости от значения параметра Бпш может быть определена по эмпирической формуле1
1 Крылов П. А. Основы инженерных расчетов. М., 2000. С. 211.
- 41 -
У = г +1.92-10-6 8пш, (1)
где У0 - оптимальный объем прокачиваемой смазки, л/мин;
г - параметр, зависящий от величины радиальной нагрузки, л/мин.
Если к подшипнику дополнительно к теплу, развивающемуся от работы трения подводится тепло от нагретых сопряженных деталей, то для отвода этого тепла следует увеличить прокачку на величину, определяемую уравнением теплового баланса1
= УдС(вых - гх К (2)
где - количество тепла, поступающего к подшипнику от нагретых деталей, ккал/мин;
Уд - дополнительный объем прокачиваемого масла для отвода тепла, л/мин;
с - теплоемкость масла, ккал/л-град;
*выхи гвх - температура масла, выходящего из подшипника и перед входом в подшипник, °С.
Общий объем прокачиваемого масла в л/мин для случая подвода тепла от нагретых деталей к подшипнику равен
У = У + Уд, (3)
Рабочую температуру радиальных роликовых и шариковых, а также радиально-упорных шарикоподшипников при струйной смазке определяют по эмпирической формуле
г = 50еь + К1 (*вх - 50) + + А*2, (4)
где е - основание натурального логарифма;
Ь - термический коэффициент, зависящей от количества подаваемой смазки;
0 76 Ю 6 , (5)
• у т \ ;
т = 0.28 при У > 1 л/мин;
т = 0.14 при V < 1 л/мин;
гвх - температура масла перед входом в подшипник;
А г1 - приращение температуры подшипника при действии
радиальной нагрузки;
Аг1 = Яп + 1.5У - 30, (6)
1 Чернов И.М. Расчеты деталей машин. М., 2002. С. 116.
- 42 -
Я - радиальная нагрузка;
V - показатель степени, зависящий от скорости прокачки масла;
п= 0,5 - 0,01 У;
Аг2 - приращение температуры подшипника при действии осевой нагрузки;
К1 - коэффициент влияния на нагрев подшипника температуры масла перед входом в подшипник.
Приращение температуры подшипника от действия осевой нагрузки
Аг 2 = ЬАд, (7)
где А - действующая на подшипник осевая нагрузка, Н;
Ь и д- параметры;
Ь = 0.24 + 0.03У ,
д = (0.74 - 0.02У) К 2,
К2 = 0.85 + 0.125_ -10-6.
Рабочая температура подшипников существенно зависит от скорости и величины осевой нагрузки. В меньшей степени нагрев подшипников зависит от радиальной нагрузки.
Трение в подшипниках возникает между поверхностями скольжения и качения их деталей. В высокоскоростных тяжелонагруженных подшипниках при интенсивной подаче масла существенное сопротивление вращению подшипников оказывает смазочное масло, на интенсивное перемешивание которого в подшипниках при высоких скоростях тратится значительная мощность.
Трение скольжения в подшипниках возникает между телами качения и стенками гнезд сепаратора, между сепаратором и направляющими бортами колец. В шариковых подшипниках возникает трение скольжения из-за кривизны площадки соприкосновения на ее поверхности.
Трение качения возникает между телами качения и кольцами. В шариковых подшипниках при действии осевой нагрузки между телами качения и кольцами возникает трение верчения.
Если к подшипнику дополнительно к теплу от работы трения подводится тепло от горячих сопряженных деталей или окружающей среды, то отводимое маслом от подшипника тепло равно сумме тепловыделений от работы трения и подводимого к подшипнику тепла
+ Он , (8)
В соответствии с основным уравнением теплового баланса может быть определена величина дополнительно подводимого к подшипнику тепла от нагретых сопряженных деталей. При установившемся тепловом режиме подшипника для упрощения расчетов можно принять, что все тепло, выделяющееся в подшипнике, отводится от него маслом.
Средняя температура вытекающей из подшипника смазки определяется по уравнению
г = г + , (9)
вых вх тг 5 V /
сУу
где гвх - температура масла перед входом в подшипник, °С; с - теплоемкость масла, ккал/кг-град;
У - прокачка масла, л/мин; у- удельный вес масла, кг/л.
В зависимости от способа подачи смазки в подшипник температура смазки, вытекающей с разных сторон подшипника, может существенно отличаться от ее среднего значения. Чтобы выровнять температуру смазки и избежать ее местного перегрева при работе подшипников в условиях высоких скоростей, необходимо смазку подавать в подшипник с двух сторон под углом наклона к оси подшипника до 20°.
Библиография
Блюмберг А.И. Расчет на прочность деталей машин. М., 2003. С. 116. Дмитриев Н.В. Теоретические основы работы подшипников. М.: ДРОФА, 2006. С. 214.
Крылов П.А. Основы инженерных расчетов. М., 2000. С. 211.
Кузьмин А.В. Расчеты деталей машин. М., 2002. С. 326.
Подшипники качения. Каталог-справочник. М.: НИМАВТО, 2000. С. 315328.
Чернов И.М. Расчеты деталей машин. М., 2002. С. 116.
