Энергетические потери в подшипниках складываются в основном из потерь на трение, возникающих вследствие проскальзывания в местах контакта тел качения с кольцами и сепаратором, несовершенной упругости материала тел качения и колец и механических потерь в смазочном материале. Переходя в теплоту, эти потери вызывают повышение температуры подшипниковых узлов. Они не являются постоянными во времени и определяются конструкцией подшипника, режимами его работы и смазки. Мощность (Вт), расходуемая на преодоление трения в подшипнике,
PTP=0,10477Tpn,
где Ттр - момент трения, Н-м; n - частота вращения, об/мин.
Приближенно оценить момент трения при действии результирующей нагрузки, не превышающей 10-20% динамической грузоподъемности, можно по формуле
Ттр =fтр Fрез d/2,
где fтр - приведенный коэффициент трения (в зависимости от условий работы и типа подшипника fтр = 0,001-0,02; для подшипников с пластичным смазочным материалом значения fтр приведены в табл. 74); Fрез =Ö (Fr2 + Fa2) результирующая нагрузка на подшипник, Н; d - диаметр отверстия подшипника, мм.
74. Значения коэффициента fтр
Тип подшипника | fтр |
Шариковый: |
|
Роликовый: |
0,0020 0,0040 0,0040 0,0080 0,0080 |
При более точных расчетах момент трения определяют как сумму составляющих Тнг от нагрузки и Тсм от смазочного материала
Ттр = Тнг + Тсм
Составляющая момента трения, обусловленная условиями нагружения,
Тнг = f1 F1 Dpw
Здесь f1 - коэффициент, зависящий от конструкции подшипника и нагрузки. Его значения для роликовых подшипников приведены в табл. 75.
75. Значения коэффициента f1 для роликовых подшипников
Тип роликового подшипника | f1 |
Радиальный с цилиндрическими роликами: с сепаратором
|
0,0002-0,0004 0,00055 |
Радиальный сферический |
0,0001-0,0006 |
Конический |
0,0003-0,0004 |
Упорный с цилиндрическими роликами |
0,0015 |
Упорный сферический |
0,0003-0,0005 |
Для шарикоподшипников
f1 =k1 (P0 / C0 )k,
где РО - статическая эквивалентная нагрузка (Роr или Роа)', Со - статическая грузоподъемность (Соr или Соa). Значения коэффициентов k1 и k приведены в табл. 76.
Условная нагрузка F1 зависит от значения и направления нагрузки на подшипник
76. Значения коэффициентов k1и k
Тип шарикового подшипника |
Начальный угол контакта, º |
k1 | k |
Радиальный |
0 | 0,0007 | 0,55 |
Радиально-упорный |
26 | 0,0010 | 0,33 |
Радиально-упорный |
36 | 0,0010 | 0,33 |
Упорный |
90 | 0,0010 | 0,33 |
Сферический |
10 | 0,0003 | 0,40 |
Для шариковых подшипников F1 = 1,1Fa/e-01Fr при условии F1≥Fr
Для радиально-упорных роликоподшипников
F1 = 1,2Fa / е при условии F1≥Fr
Для упорных и упорно-радиальных шарико- и роликоподшипников
F1=Fa-
Коэффициент е для радиальных и радиально-упорных шарикоподшипников определяют по табл. 64, а для остальных - по каталогу.
Момент Тнг доминирует в суммарном моменте трения у медленно вращающихся тяжелонагруженных подшипников.
Составляющая момента трения, обусловленная гидродинамическими потерями в смазочном материале, Н-м:
Tсм = 0,979 ·10-10 fcm(vn)2/3 D3pw
при vn > 2000 ;
Tсм = 1,55. 410-8fcm D3pw при vn ≤ 2000 ,
где v - кинематическая вязкость смазочного материала, мм2/с; n - частота вращения, об/мин; Dpw - диаметр окружности, проходящей по центрам тел качения, мм;
fcm - коэффициент, зависящий от типа подшипника и способа смазывания, табл. 77.
Кинематическую вязкость пластичных смазочных материалов принимают по маслу, на основе которого изготовляют этот материал. Формула справедлива для масел с плотностью около 0,9 г/см3.
Для роликовых подшипников с короткими цилиндрическими роликами, работающих под действием радиальной и осевой сил, следует учитывать составляющую 7б момента трения, обусловленную трением ролика о направляющий борт:
Ттр = Тнг + Tсм + Tб,
где Tб= fб Fa Dpw , а коэффициент fб (табл. 78) зависит от смазочного материала и конструкции подшипника.
77. Значения коэффициента fcm при различных способах смазывания
Тип подшипника | Способ смазывания | ||
Масляный туман* |
Масляная ванна или пластичный смазочный материал |
Масляная ванна (вертикальный вал) или циркуляционное смазывание |
|
Шариковый: |
|||
радиальный, сферический, | 0,7-1 | 1,5-2** | 3-4 |
упорный |
|||
радиально-упорный: |
|||
однорядный | 1,7 | 3 | 6 |
двухрядный | 3 | 6 | 9 |
Роликовый: |
|||
радиальный цилиндрический: | |||
с сепаратором | 1.5-2 | 2-3 | 4-6*** |
без сепаратора | - | 5 | - |
радиальный сферический |
2-3 | 4-6 | 8-12 |
конический |
2-3 | 6 | 8-10 |
упорный: |
|||
цилиндрический | - | 4 | 8 |
сферический |
- | 3-4 | 6-8 |
* Меньшие значения относятся к легким, большие - к тяжелым размерным сериям.
** Может возрастать до 5 при пластичном смазочном материале.
*** Может снижаться до 2 для горизонтального вала при циркуляционном смазывании.
78. Значения коэффициента fb
Конструктивное исполнение радиального роликового подшипника с короткими цилиндрическими роликами |
Смазочный материал |
|
пластичный | жидкий | |
С сепаратором: |
||
с модифицированным контактом ролика |
0,003 | 0,002 |
с направляющим бортом обычной конструкции |
0,009 | 0,006 |
Без сепаратора, однорядный |
0,006 | 0,003 |
Приближенно определить момент трогания подшипника можно по формуле
Tп=fп Tнг
где fп = 4 для конических роликоподшипников с большим углом контакта: fп = 8 для упорных сферических роликоподшипников; fп=2 в остальных случаях.
Изложенные методы не учитывают потери на трение в уплотнениях закрытых подшипников, которые могут быть значительными.