Правильно подобранный по размеру шариковый
или роликовый подшипник хорошо
выдерживает высокие
нагрузки и скорости. При работе в нормальных условиях нагрев подшипников не должен вызывать беспокойства.
Однако в некоторых случаях температура тел качения – шариков или роликов – может достигать точки,
в которой это становится проблемой. Например, при воздействии экстремально высоких температур
и нагрузок, высокой температуре окружающей среды, присутствии горячих технологических жидкостей,
могут возникать проблемы. Мы рассмотрим 5 факторов, контроль над которыми позволят сохранить
приемлемую температуру подшипника: тип подшипника, тип смазки, уровень и поток масла, и обдув.
Тип подшипника
Есть несколько причин нагрева элементов качения подшипника: микропроскальзывание тел качения на дорожках качения,
гистерезис тел качения и материалов дорожек из-за контактных механических напряжений, скольжение между
сепаратором и элементами качения или боковой поверхностью, движение и завихрения в смазке.
Количество теплоты, выделяемое каждым из этих источников, зависит от геометрии подшипника, нагрузки,
скорости вращения, свойств смазки: типа, вязкости и количества. При малых нагрузках и высоких
скоростях, шариковые подшипники греются меньше, чем роликовые. При малых скоростях и больших
нагрузках – наоборот. Хотя подшипник обычно выбирают по соображениям стоимости и ресурса,
в некоторых случаях температура тоже может повлиять на выбор.
Тип смазки
Смазывание консистентной смазкой проще, дешевле и надежнее, но не дает охлаждения (если оно не
обеспечено принудительно). Смазывание маслом позволяет влиять на температуру подшипника.
Это особенно полезно для таких применений, как газовые турбины и насосы для горячих жидкостей,
когда технологическое тепло нагревает подшипник. Лабораторные испытания показывают, что
температура подшипника практически одинакова при смазывании масляным туманом и консистентной смазкой.
Поток смазки
В подшипниках качения для удовлетворительного смазывания достаточно лишь тонкой пленки смазки.
Большой объём и поток смазочного вещества не улучшают смазывание, но способствуют отводу тепла.
Тем не менее, зависимость между потоком смазки и температурой подшипника сложна. Хотя более
интенсивный поток улучшает передачу тепла, он также сам по себе создает тепло из-за быстрого
движения и наличия завихрений в смазке.
В общем случае, температура подшипника обычно снижается при увеличении потока смазки, затем
стабилизируется или даже увеличивается. В высокоскоростных узлах, таких как газовые турбины,
большая часть масла может быть пущена через подшипник для поддержания охлаждения при снижении
завихрений масла.
Для старого оборудования оптимальный поток смазки может быть определен экспериментально. Для нового
оборудования используется компьютерное моделирование, особенно если присутствуют активные источники тепла.
Уровень масла
Там, где используется смазывание в масляной ванне или разбрызгивание масла, на температуру подшипника
сильно влияет уровень масла в резервуаре. Обычно номинальный уровень масла устанавливается
на середине низа подшипника качения, точнее, середине тела качения в нижнем его положении.
Но на очень больших оборотах этого может быть недостаточно. Если в процессе работы уровень
опускается, это может привести к масляному голоданию и поломке. Тогда нужно
использовать маслоотражатель, который направляет смазку на тела и дорожки качения,
создает масляный туман и устраняет необходимость точного контроля уровня масла.
Обдув воздухом
В системах без рециркуляции масла подшипник охлаждается в основном за счет передачи тепла
от корпуса подшипника в окружающую среду. Так как движущийся воздух охлаждает значительно
лучше, чем покоящийся, температура подшипника может быть значительно снижена за счет
обдува корпуса. Тем не менее, поток воздуха не должен попадать внутрь подшипника,
поскольку приносит с собой пыль и грязь, которые снижают долговечность. Смазываемые
консистентной смазкой подшипники с уплотнениями не позволяют воздуху проникнуть внутрь.
Воздушное охлаждение часто используется как быстрое решение, не требующее серьезного изменения
конструкции. Во вновь разрабатываемом оборудовании лучше установить осевую крыльчатку на валу.
Она будет не только обдувать корпус, но и выступать как радиатор вала.
Иногда не удается обеспечить охлаждение подшипника, и ему приходится работать при высокой температуре.
В таких случаях следует использовать высокотемпературные подшипники.
