|
|
Найбільш небезпечними за можливістю перегріву є підшипники ковзання сильно навантажених і високочастотних валів.
До збільшення сил тертя, а отже, і кількості тепла, що виділяється, можуть привести порушення якості змащення робочих поверхонь, забруднення, перекоси, перевантаження машини і надмірне затягування підшипника.
Недостатність змащення підшипника може бути викликана її нерегулярністю, малою кількістю подачі мастила, засміченістю отвору чи каналу для підведення мастила до підшипника, а також застосуванням мастила не того сорту, на яке даний підшипник розрахований.
Погіршенню умов тепловіддачі від поверхні підшипника в навколишнє середовище можуть сприяти забруднення поверхні шаром малотеплопровідних речовин, несправність системи додаткового охолодження підшипника, додаткова ізоляція підшипника або всієї машини не вентильованими кожухами і т.п.
Дуже часто зовнішня поверхня підшипників забруднюється відкладеннями горючого пилу (деревного, борошняного, бавовняного), що створює умови для їх перегріву й у той же час, піддаючись тривалому впливу тепла, вона починає окислятися. Примусове охолодження підшипників найчастіше забезпечують циркуляцією мастила чи холодної води через охолоджувальну сорочку підшипника. Недостатня кількість подаваного в систему охолодження мастила чи води, а також сильне забруднення теплообмінної поверхні приводить до підвищення температури підшипника.
Приблизну величину температури підшипника ковзання, схема якого показана на рис. 6.23, можна визначити розрахунковим шляхом. Температура поверхні підшипника при порушенні режиму його роботи буде змінюватися в часі. При цьому для відрізка часу dτ можна записати наступне рівняння теплового балансу:
 (6.23)
де Qтр - кількість тепла, що виділяється в результаті перевантаження чи відсутності змащення підшипника;
Qнагр - кількість тепла, що йде на нагрівання підшипника;
Qохол - кількість тепла, що відводиться примусовою системою охолодження;
Qвтр - втрати тепла поверхнею підшипника в навколишнє середовище.
Рисунок 6.23 - Схема підшипника ковзання
1 - шип вала; 2 - корпус підшипника; 3 - станина
Кількість тепла, що виділяється при роботі підшипника dQтр, може бути визначена наступним способом.
Робота А при обертальному русі тіла дорівнює:
 (6.24)
де М - момент сили тертя, кгм;
w - кутова швидкість, 1/сек;
τ - тривалість роботи підшипника, сек.
Стосовно до підшипника робота сил тертя буде:
 (6.25)
де f - коефіцієнт тертя;
n - число обертів валу, 1/хв;
N - сила, що діє на підшипник, кг;
d - діаметр шипа валу, м.
З метою спрощення задачі, будемо вважати, що коефіцієнт тертя для даних матеріалів є величиною постійною, тоді
 (6.26)
Позначивши добуток постійних величин (a), будемо мати:
 (6.27)
Кількість тепла, що затрачується на нагрівання підшипника dQнагр при підвищенні температури на dt , буде дорівнювати:
 (6.28)
де m - вага деталей підшипника, що нагріваються, кг;
с - питома теплоємність матеріалу підшипника ковзання, ккал/кг град.
Для спрощення задачі будемо вважати, що питома теплоємність матеріалу не змінюється за зміни температури.
Кількість тепла, що відводиться примусовою системою охолодження dQохол, можна знайти, знаючи кількість рідини, що подається на охолодження, її початкову і кінцеву температури.
У нашому випадку dQохол можна прийняти рівним нулю, тому що це буде відповідати найбільш небезпечному випадку роботи підшипника.
Кількість тепла, що втрачається поверхнею підшипника в навколишнє середовище dQвтр, буде дорівнювати:
dQвтр=  (6.29)
де α - коефіцієнт теплообміну між поверхнею підшипника і середовищем, ккал/м2 град;
t - температура поверхні підшипника в даний момент часу, град;
F - поверхня теплообміну (поверхня підшипника, яка омивається навколишнім повітрям), м2.
Коефіцієнт теплообміну (а) визначають за відомими формулами теплопередачі від поверхні циліндра в навколишнє середовище за вільною конвекції повітря, а саме:
 (6.30)
де Num — критерій Нуссельта:
 (6.31)
Gr – критерій Грасгофа;
Pr- критерій Прандтля;
c і n – коефіцієнти, обумовлені в залежності від величини добутку GrPr (за таблицею 6.3).
Таблиця 6.3 - Значення коефіцієнтів c і n
(Gr,Pr)m |
c |
n |
Більше  |
1,18
0,54
0,135 |
1/8
1/4
1/3 |
Примітка: Індекс m означає, що фізичні параметри при обчисленні критеріїв беруться за середньої температури |
Підставляючи знайдені значення (d) з формул (6.27) - (6.29) у рівняння (6.23), будемо мати:
 (6.32)
Розділивши змінні, одержимо:
 =  (6.33)
Вирішуючи отримане диференціальне рівняння, одержимо:
 =  (6.34)
Постійну інтегрування (А) визначимо з початкової умови, прийнявши, що температура поверхні підшипника дорівнює температурі середовища, тобто при t = 0, tп – tпов = 0, тоді
Отже,
або
 (6.35)
Після відповідного перетворення одержимо:
 (6.36)
Отримані рівняння дають можливість установити температуру підшипника через визначений проміжок часу його роботи з перевантаженням або знайти час, протягом якого температура поверхні підшипника досягне небезпечної величини.
Щоб уникнути перегріву підшипників, здійснюють наступні заходи.
В усіх випадках доцільно замість підшипників ковзання, що нагріваються понад норму, застосовувати підшипники кочення. Особливо це стосується сильнонавантажених та високочастотних валів.
Велика увага повинна бути приділена систематичному змащенню підшипників. Добре змазувати підшипники — це не значить подавати більше мастила. Нормальне змащення припускає використання того сорту мастила й у тій кількості, що встановлена правилами експлуатації для даного підшипника, при точному дотриманні термінів змащення.
Під час роботи машин, що мають сильно навантажені вали і вали, що швидко обертаються, ведуть контроль за температурою підшипників. Контроль за температурою при доступності підшипника може здійснюватися найпростішим способом — доторком тильної сторони долоні до поверхні підшипника.
У складних і особливо "відповідальних" машинах (турбінах, дизелях і т.п.) контроль за температурою підшипників здійснюють шляхом застосування приладів дистанційної дії з датчиками у вигляді термопар, термометрів опору або термобалончиків. Для цього в тілі підшипника роблять кілька гнізд і закладають у них чутливі елементи, а приклади, що показують, реєструють або сигнальні монтують на щиті керування. При підвищенні температури понад установлену величину прилади автоматично подають сигнали — оптичний і акустичний.
Для контролю за температурою підшипників можна рекомендувати також покриття їх фарбами, що змінюють свій колір при нагріванні. Нижче для прикладу наведені рецепти термочутливих покрить, які можна застосовувати для індикації температури підшипників.
Рецепт I. Розчиняється 17 г АgNО3 у 150 мл води і 16,6 г КJ також у 150 мл води. Обидва розчини змішують, при цьому протікає реакція:
АgNO3 + КJ  KNO3 + Аg  (осад).
Жовтий осадок, що виділився, промивають і відфільтровують у темряві. Потім розчиняють 13,6 г НgСl2 у 400 мл води (при температурі до 25 — 30°С) і 16,6 г КJ у 100 мл води. При змішуванні цих розчинів протікає реакція:
НgСl2 + 2 KJ 2 КСl + Нg2 (осад).
Яскраво-червоний осадок, що виділився, відфільтровують і промивають. Сухі осади солей Аg і Нg2 розчиняють у спирті, причому колір з червоного переходить у жовтий. Після випаровування спирту отримана фарба розтирається в оліфі чи шелаку і наноситься на поверхню. При нагріванні до 40 — 45°С жовтий колір фарби змінюється на червоний.
Рецепт II. У 100 мл води розчиняють 15 г НgJ2 і 11 г KJ:
HgJ2 + 2KJ K2[HgJ4].
Окремо розчиняють 10,5 г СиSО4 у 100 мл води. Потім обидва розчини зливають разом при постійному збовтуванні. При цьому протікає реакція, у результаті якої виділяється червоний осадок комплексної (подвійної) солі Cu[Hg4]:
K2[Hg4] + СuSO4 Cu[Hg4] (осад) + K2SO4.
Осадок відфільтровують і промивають. Для подальшого використання фарба розчиняється в оліфі чи шелаку. При нагріванні до 70— 80°С фарба з червоної стає темно-вишневою.
Захисна дія фарб зберігається до 1 року. Після кожного нагрівання і наступного остигання фарба відновлює свій первісний колір.
Недоліки підшипників ковзання зі звичайним способом змащення деякою мірою усуваються застосуванням підшипників з металокерамічними втулками (рис. 6.24), що вимагають дуже мало однотипного для всіх машин мастила, а також із вкладишами з капрону і фторопласту.
Рисунок 6.24 - Підшипник з металокерамічною втулкою
1 - корпус підшипника; 2 - металокерамічна втулка; 3 - гвинт; 4 - резервуар для мастила
Зовнішню поверхню підшипників варто очищати від пилу й інших відкладень. У процесі роботи спостерігають за тим, щоб машини не мали тривалих перевантажень.
|