Реферат: Материалы и расчетные характеристики подшипников качения для условия сухого трения
--PAGE_BREAK--5.3 Расчет по критерию теплостойкости.Нормальный тепловой режим при установившейся работе подшипника обеспечивает стабильность физико-механических свойств материалов пары трения геометрических размеров подшипника и является основным фактором надежности, долговечности и необходимого срока службы.
Количество выделившегося при работе подшипника тепла находится по формуле
Q1 = F·v/427
где F— сила трения, кгс; v — скорость скольжения шейки, м/с; 1/427 — тепловой эквивалент механической энергии, ккал/(кгс-м).
Q1 = (l·df/427)pv
Если принять, что коэффициент трения при установившемся движении величина постоянная, то из этого выражения следует
Q1 = C·p·v
где
С = (l·df/427) = const
Из формулы видно, что важным критерием при расчете подшипников сухого трения является критерий теплостойкости — допускаемое значение произведения давления на скорость скольжения [pv], кгс·м/(смІ·с), которое характеризует увеличение температуры вследствие тепловыделения во время трения. При повышенной температуре подшипники допускают меньшие давления и скорости, их срок службы уменьшается.
Следовательно, критерии теплостойкости [pv] определяет долговечность работы подшипника.
Поскольку количество тепла Q1, пропорционально длине подшипника l, то для уточнения выбранной длины l требуется соблюдение условия
pv ≤ [pv].
Значение [pv] получают экспериментально в определенных условиях теплоотвода и при соответствующей им температуре подшипника. Испытания образцов материалов и подшипников производят на машинах трения и специальных стендах со ступенчатым повышением нагрузки при постоянной скорости скольжения. С увеличением нагрузки наступает такой момент, когда не могут быть получены устойчивые значения температуры в зоне контакта или коэффициента трения при продолжении эксперимента или наблюдаются признаки катастрофического изнашивания. Максимальное давление, умноженное на скорость скольжения, принятую в данном эксперименте, соответствует допускаемой величине критерия теплостойкости [pv], в связи с чем эта формула действительна только при соблюдении, подобных условий теплоотвода для проектируемого подшипника. Значение [pv] для каждого материала обычно приводится в виде справочных данных для расчета. При расчете подшипника, используя некоторые соотношения, корректируют размеры подшипника I и d в указанных пределах l/d, оптимальные значения которых определены из практики эксплуатации. Если оптимальные соотношения l/d не выполнены для выбранного материала подшипника, материал подшипника подбирается заново и расчет повторяется.
Есть метод расчета срока службы Т подшипника с использованием критерия [pv] и эмпирических коэффициентов. Этот метод расчета основан на использовании результатов испытаний подшипников сухого трения па износ в стендовых условиях максимально приближенных к производственным испытаниям. На основании проведенных испытаний устанавливают эмпирическую связь между долговечностью подшипника до выхода из строя и величиной допустимого значения коэффициента [pv].
Эмпирические формулы для расчета долговечности (ч) металлофторопластовых подшипников, изготовленных из спеченной ленты, в зависимости от условий работы в режиме сухого трения имеют следующий вид:
в условиях колебательного движения
T = A / [pv]2
, где A — эмпирический коэффициент (А = 2000 для упорных шайб и тяжело нагруженных радиальных подшипников А = 5000 для небольших мало нагруженных радиальных подшипников); [pv] = 1,4 — 2,2 кгс-м/(см2с) (меньшие качения для тяжело нагруженных подшипников); в условиях вращательного движения
Т = 250/(pv),
где pv > 2,86 кгс·м/(см2·с) для давлений р = 0,84 ч 22,4 кгс/см2 и скоростей скольжения 0,2-2,5 м/с; на более легких режимах при pv ≤ 2,07 кгс·м/(см2·с)
в условиях вращающейся относительно подшипника нагрузки при pv > 3,2 кгс·м/(см2·с)
T = (5/ pv)8
при pv < 3,2 кгс·м/ (см2·с)
T = (4,5/ pv)16
А. Д. Мошковым выведены эмпирические формулы для. расчета пористых подшипников из материала на основе железа при их работе без подвода смазывающего вещества извне, но с пропиткой маслом индустриальное 20 в диапазоне скоростей скольжения 0,5—3,0 м/с. Расчет произведен исходя из установившегося режима работы (теплового баланса) с учетом температуры подшипника, не превышающей 60—70 °С, и допустимого коэффициента [pv], равного 7,0 кгс·м/(см2·с). Для отношения l/d = 1 (диаметр подшипников составлял 25—50 мм) допустимое давление на вкладыш вычисляется по формуле
[р] = 3,67d0,165 v-0,962
где d — внутренний диаметр вкладыша, мм; v — скорость скольжения, м/с.
Внутренний диаметр вкладыша
d = 0,38· 10-3 p6,06 v5,83
где р — давление на вкладыш, кгс/см2.
Коэффициент трения определяется из формулы
f = 6-1 d-0,485 v0,376
В большинстве случаев условия отвода тепла для проектируемого подшипника отличаются от условий, имевшихся при проведении эксперимента. Кроме того, может быть неизвестно, при какой температуре подшипника величина [pv] была получена. Поэтому необходимо произвести дополнительный тепловой расчет проектируемого подшипника, поскольку температура его трущейся поверхности определяется соотношением выделенного и отведенного тепла.
5.4. Расчет теплового баланса подшипника.
Тепло, выделившей и в подшипнике без смазки, может быть отведено во внешнюю среду через корпус подшипника и вал в случае, если материалы вала и подшипника обладают высокой теплопроводностью. Поскольку теплоотвод через корпус подшипника значительно выше, чем через вал, то в расчете ограничиваются вычислением теплоотвода через корпус. Такой же расчет производят, когда шейка вала выполнена из материала с низкой теплопроводностью. Если же вкладыш подшипника толстостенный и выполнен из материала, плохо проводящего тепло, то отводимое тепло рассчитывают через вал.
Количество тепла, отводимое через корпус подшипника, в общем виде находят по формуле:
Q2 = k(tп — tв)F',
где k — коэффициент теплопередачи, ккал/(м2·ч·°С); tn — температура рабочей зоны подшипника, °С; tв — температура окружающей среды, °С; F' — наружная теплоотдающая поверхность корпуса подшипника, м2.
Коэффициент теплопередачи может быть определен так:
<img width=«103» height=«78» src=«ref-1_807355096-541.coolpic» v:shapes="_x0000_s1028">
где δi — толщина слоя материала подшипника, м; λi —коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности подшипника в окружающую среду, ккал/(м2·ч·°С).
Для подшипников с металлическими вкладышами величина
<img width=«47» height=«78» src=«ref-1_807355637-442.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1029">
пренебрежимо мала по сравнению 1/αв, поэтому можно принимать k = αв. При охлаждении корпуса подшипника воздухом для необдуваемых подшипников, к = 8 ч 14 ккал/(м2·ч·°С), меньшие значения относятся к подшипникам с затрудненным теплоотводом, а для обдуваемых — к = 14 √vв, vв —скорость воздуха, м/с.
<img width=«156» height=«48» src=«ref-1_807356079-377.coolpic» v:shapes="_x0000_s1030">
При установившемся режиме Q1 = Q2 температура в рабочей зоне подшипника будет
<img width=«199» height=«48» src=«ref-1_807356456-455.coolpic» v:shapes="_x0000_s1031">
При отводе тепла из рабочей зоны подшипника через вал температура в рабочей зоне подшипника будет
где G и F' — масса (кг) и площадь поверхности (м2) той части длины вала, которая расположена по обе стороны от подшипника и равна (3 ч 4) d; с— теплоемкость материала вала [для стали принимают 0,12 ккал/(кг·°С)]; k —коэффициент теплопередачи к воздуху [принимают в пределах 8—12 ккал/(м·ч· С) в зависимости от подвижности воздуха]; Т1, — общее время работы подшипника в течение смены (с перерывами), ч; Т — время работы подшипника, ч.
Температуру tп (°С) сравнивают с предельно допустимой температурой [t] для выбранного материала так, чтобы выдерживалось соотношение
tп ≤ [t]
Если это условие не соблюдается, то необходимо усилить теплоотвод от подшипникового узла путем увеличения теплоотдающей поверхности или применения искусственного охлаждения, например водой.
Значения допускаемых величин [р], [v], [рv] н [t] для различных подшипниковых материалов при сухом трении приведены в таблице.
Допускаемый режим работы и области применения подшипниковых материалов при сухом трении.
Материал
[p]
кгс/см3
[v],
м/с
[pv]
кгс·м/
(см2·с)
[t], °С
Область применения
Графит
Графит, пропитанный металлами
Графит, пропитанный смолами
Углепластик
3 — 5
5 — 10
10 – 35
–
1,5
2,5 – 3
1.5
1,5 — 2
10
15
–
–
400
200-300
140
200
Подшипники центробежных
и ротационных газодувных машин, дымососов, электрошпинделей, а также подшипники механизмов, работающих в среде агрессивных жидкостей и газов при высоких температурах без вибрационных и ударных
нагрузок.
Полиамидные смолы
30
0,2
1-1,5
75
Втулки, ролики ленточных транспортеров, вкладыши редукторов, подшипники сельскохозяйственных, швейных, текстильных
и бытовых машин
Полиамидные покрытия с наполнителями
50-70
0,5
1.5
140
Фенолформальдегидная смола, армированная волокнами и с
Наполнителями
5,0
1,0
10
40 — 80
Подшипники дорожных и сельскохозяйственных машин в условиях жаркого климата и запыленности, дендвудные подшипники судов, подшипники для химического оборудования и прокатных станов
Фторопласт
5—7
0.5
0,4—0 6
120
Подшипники насосов, аппаратов с перемешивающими устройствами в среде агрессивных жидкостей и газов, подшипники для приборов, оборудования для криогенных жидкостей, медицинской техники,
текстильных машин.
Фторопласт с наполнителем
10—25
1,0
2—4
120
Фторопластовая облицовка (ткань) при вклеивании
50
1,0
3 — 5
От -25
до +135
Металлокерамика, пропитанная фторопластом
100-300
5
1,5 — 2
От -200
До +200
Подшипники автомобильных подвесок и систем управления, сельскохозяйственных и текстильных машин, бытовых приборов, электродвигателей, в узлах
трения вертолетов и самолетов.
Металлокерамика, пропитанная маслом
180-250
4-6
7-10
70—80
Металлокерамика на стальной основе (металлофторопластовая лента)
100-300
5
4
От-200
до +280
Металлокерамические твердые сплавы
300
15
10—15
300
Подшипники погружных герметических насосов, реакторов и других механизмов химического оборудования
Минералокерамика
5
2
10
500
Карбидокремниевые композиции
60
15
400
Прессованная древесина, пропитанная маслом
30
1
25
80
Втулки, вкладыши, подпятники для сельскохозяйственных машин и оборудования пищевых производств, бегунки транспортеров, дейдвудные подшипники
судов, подшипники лебедок
Прессованная древесина, непропитанная
25
0,5
12
50
Твердые смазочные покрытия на металле
До предела текучести металла
2,5
0,5 — 3
250—300
Подшипники для приборов бытовой и вакуумной техники и др.
продолжение
--PAGE_BREAK--
еще рефераты
Еще работы по производству
Реферат по производству
Проектирование участка льнопрядильной фабрики
3 Сентября 2013
Реферат по производству
Прессование на безвакуумных ленточных прессах и кирпичеделательном агрегате Прессование кирпича
3 Сентября 2013
Реферат по производству
Прессование офактуренного лицевого кирпича из красножгущихся глин Брак при прессовании сырца
3 Сентября 2013
Реферат по производству
Проектирование аппарата, нагруженного внутренним и наружным давлением
3 Сентября 2013