现代机械设计手册·第2卷(第二版)
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3.9 额定热转速

轴承的最大许用转速受到各种不同限制判据的限制,例如:许用温度(最常见的一种限制准则)、考虑到离心力时确保充足的润滑、避免任何轴承零件的断裂、滚动运动学、振动、噪声的产生以及轴承密封唇的运动速度等。

转速能力可以用额定热转速表示,采用统一的参照条件(参照条件主要是根据最常用的类型和尺寸的轴承在常规工作条件下确定的)进行计算。额定热转速就是将轴承温度作为限制准则来判定轴承的转速能力。轴承的摩擦损耗转换为热能,从而导致温度升高直至由摩擦产生的热量与轴承散发的热量达到平衡。

额定热转速为轴承在参照温度下热平衡时的转速。在这个转速时,轴承的摩擦发热量与通过轴承座散热量速率相等,达到热平衡。其计算方法是依据GB/T 24609—2009《滚动轴承 额定热转速 计算方法和系数》(等同采用ISO 15312:2003),适用于N组游隙的开式轴承。

3.9.1 定义及符号

表7-3-21 额定热转速定义及符号

3.9.2 额定热转速的计算

额定热转速的计算是基于在参照条件下,轴承系统的能量达到平衡。即轴承所产生的摩擦热等于轴承所散发的热流量:

Nr=Φr  (7-3-27)

参照热流密度qr为:

  (7-3-28)

(1)散热参照表面积Ar

各类轴承散热参照表面积Ar(图7-3-28)的计算见表7-3-22。

图7-3-28 散热参照表面积Ar

表7-3-22 散热参照表面积Ar计算公式

注:计算时采用轴承的总宽度而不采用单个套圈的宽度,这样计算的结果更接近于经验数据。

(2)参照热流密度qr计算(表7-3-23)

表7-3-23 参照热流密度qr计算公式

正常应用的场合,温差

图7-3-29 参照热流密度qr计算

(3)轴承的摩擦热计算Nr

  (7-3-29)

  (7-3-30)

M1r=f1rP1rdm  (7-3-31)

轴承的散热量根据参照热流密度qr和散热参照表面积Ar计算:

Φr=qrAr  (7-3-32)

由摩擦热公式(7-3-29)和散热量公式(7-3-32)可得出额定热转速nθr的计算公式:

  (7-3-33)

额定热转速nθr通过迭代法,由式(7-3-33)确定。

与载荷无关的摩擦力矩M0考虑了轴承的黏滞摩擦,取决于滚动轴承的类型、尺寸(轴承的平均直径)、速度以及润滑条件的影响。润滑条件包括润滑方式、润滑剂类型、运动黏度和润滑剂注入量等。

与载荷有关的摩擦力矩M1考虑了机械摩擦,取决于轴承类型、尺寸(轴承的平均直径)以及载荷的大小及方向。

该计算方法不包括推力球轴承,因为推力球轴承在高速运转时,其性能是由运动学准则而非热应力确定的,该方法虽然是为油润滑制定的,其润滑剂为含有矿物基油的常规锂皂油脂润滑,基油的运动黏度在40℃时为100~200mm2/s(ISO VG150)。润滑脂剂量大约是轴承内部有效空间的30%。

该计算方法对油脂润滑同样有效。在脂润滑轴承启动时,可能出现一次温度峰值。因此,轴承可能需要运转10~20h后方可达到正常运行温度。在这些特定的条件下,油润滑和脂润滑的参考速度相等。在外圈转动的情况下,能达到的转速会比较低。

(4)系数f0rf1r(表7-3-24)

表7-3-24 系数f0rf1r