Почему подшипники качения нагреваются меньше чем подшипники скольжения
Причины и методы устранения перегрева подшипниковых узлов
В устройствах, конструкции которых предусматривают использование подшипниковых узлов, нередко наблюдается проблема перегрева. Обычно она вызвана ухудшением либо загрязнением смазки приборов, однако причин тому может быть множество. Стоит помнить, что нормальной температурой подшипника считается показатель не выше 65°С или примерно на 30° больше температуры окружающей среды.
Небольшой перегрев подшипника возможен сразу после замены или наполнения смазкой. Происходит это из-за повышенного сопротивления добавленного смазочного материала, который в самом начале работы начинает принимать свое нормальное состояние внутри подшипника.
Почему нельзя перегревать подшипник
Превышение допустимых температур может привести к возникновению следующих неисправностей:
В результате, с высокой степенью вероятности, подшипник сломается.
Основные признаки перегрева
Понять, что температура подшипника превысила рекомендуемую, возможно по посторонним шумам, которые возникают при его работе. Визуально на это указывает изменение цвета элементов конструкции подшипника, которое может происходить в диапазоне от золотистого до синего в различной тональности. В экстремальных случаях наблюдается деформация подшипника – разрушаются уплотнения и/или сепаратор, в первую очередь, полимерные.
Смазка может потерять нужные свойства. Высокие температуры приводят к снижению вязкости последней и вытеканию из внутренних полостей. Значительное превышение температурного режима может стать причиной синерезиса (расслоения) консистентной смазки. В этом случае базовое масло (жидкая фракция) вытекает. Во внутренней полости остается только загуститель (сухое мыло). В результате подшипник клинит.
Причины и методы устранения перегрева
| Избыток/ недостаток смазки в подшипнике | Уровень смазки в подшипнике должен быть чуть меньше середины нижнего тела качения. Корпус же должен быть наполнен смазкой от 1/3 до 1/2 свободного объема. |
| Загрязнение смазки твердыми частицами, ее обводнение или окисление | Часто случается из-за повреждения сальника. Решение этой проблемы очевидно – срочная замена смазки для подшипников. И, по возможности, устранение попадания твердых частиц. |
| Ошибки в установке подшипника | Это может быть недостаточные осевые и радиальные зазоры у подшипника, чрезмерный натяг при посадке, перекос колец из-за осевых отклонений при монтаже, повреждение рабочей поверхности тел качения и т.д. Из-за неправильной установки подшипника эксплуатационная нагрузка на его рабочие поверхности приходится под неправильными углами. Это и приводит к чрезмерному нагреву рабочих поверхностей детали и сокращению сроков эксплуатации. Устранение проблемы – демонтаж и установка согласно нормативам. |
| Чрезмерная нагрузка на подшипник | Это может произойти из-за нарушения балансировки вращающихся деталей, например, вала. |
| Разрушение или износ деталей | В данном случае поможет только замена подшипника новым. |
| Загрязнение подшипника в период установки или эксплуатации | Устранение: демонтировать подшипник, промыть его или хорошо очистить детали и снова установить. |
| Неправильный подбор подшипника | Решение этой проблемы заключается в замене на другую модель из каталога подшипников, которая будет соответствовать нормативам. |
Чтобы предотвратить перегрев подшипника, стоит осуществлять периодическое промывание системы смазки (в рамках ТО), мониторинг температурного режима, систематический контроль организации смазки, обеспечение бесперебойного функционирования системы теплоотведения (принудительного и естественного охлаждения). А также проводить проверку корректности выполнения монтажа и положения изделия, монтаж высокотемпературных подшипников.
Не мене важно – использовать качественные узлы, которые смогут работать без перебоев. Купить подшипники в Минске в розницу можно в магазине «Клинотекс».
Интернет магазин подшипников
Трение
Трение в подшипнике качения определяется многими факторами, см. табл. Вследствие многообразия таких факторов влияния, как динамичность частоты вращения и нагрузки, перекосы и несоосность вследствие ошибок монтажа действительные моменты трения и потери на трение могут существенно отличаться от их расчетных значений. Если момент трения является особо важным критерием при проектировании опоры, следует обратиться за консультацией в нашу инженерную службу.
| Составляющaя трения | Фактор влияния |
| Трение качения | Величина нагрузки |
| Трение скольжения тел качения | Величина и направление нагрузки |
| Трение скольжения сепаратора | Частота вращения и смазывание, степень приработанности |
| Жидкостное трение (гидравлическое сопротивление) | Конструкция и частота вращения Тип, количество и рабочая вязкость смазки |
| Трение уплотнений | Конструкция и предварительный натяг уплотнений |
Трение холостого хода зависит от количества смазки, частоты вращения, рабочей вязкости смазки, уплотнений и степени приработанности подшипника.
Теплоотвод
Энергия трения преобразуется в теплоту, которая должна быть отведена из подшипника. Из баланса мощности тепловыделения от трения и теплоотвода вычисляют допустимую по температуре частоту вращения n.
Теплоотвод через смазку
Смазочное масло отводит часть тепла. Особенно эффективно cмазываниe с циркуляцией и промежуточным охлаждением масла. Консистентные смазки не отводят тепло.
Теплоотвод через вал и корпус
Интенсивность теплоотвода через вал и корпус зависит от разности температур подшипникa и окружающей среды.
Следует учитывать дополнительные источники тепла и теплового излучения поблизости от подшипника.
Для расчета должна быть известна частота вращения и нагрузка. Прочие необходимые исходные параметры:
Совокупный момент трения MR
Коэффициенты f0 и f1 являются усреднeнными значениями, полученными в ходе серии экспериментов, и соответствуют данным ISO 15 312. Они действительны для приработанных подшипников с равномерно распределенной смазкой. Для свежесмазанныx подшипникoв коэффициент f0 может иметь от 2 до 5 раз более высокие значения. При смазывании в масляной ванне уровень масла должен достигать середины нижнего тела качения. При более высоком уровне масла коэффициент f0 может до трех раз превышать значение из таблицы, см. рис. 2.
Радиальные цилиндрические роликоподшипники под осевой нагрузкой
При осевом нагружении радиальныx цилиндрическиx роликоподшипникoв трение скольжения между торцами роликов и упорными торцами бортов колец создает дополнительный момент трения M2.
Таким образом, совокупный момент трения рассчитывается:
Значения коэффициентa f2 подвержены большой дисперсии. Они действительны при смазывании с циркуляцией при достаточном количестве масла. Графики не подлежат экстраполяции.
Подшипники в исполнении TB
У подшипников в исполнении TB с помощью новых методов расчета и изготовления была существенно повышена осевая грузоподъемность.
Специальное профилирование торцовых поверхностей роликов обеспечивает оптимальные условия контакта между роликом и опорным торцом борта. Благодаря этому осевые контактные напряжения по торцу существенно снижаются, и достигается образование более устойчивой масляной пленки. При обычных условиях эксплуатации износ и усталость упорныx торцов бортов и торцов роликов полностью исключаются. Дополнительно, момент трения, вызванный осевой силой, снижается на величину до 50%. Вследствие этого подшипник нагревается значительно меньше.
Скорость вращения подшипника
Подписка на рассылку
В металлообрабатывающей промышленности, в энергетике, ремонтно-строительной, компрессорной, аэрокосмической технике работают узлы, передающие высокоскоростное вращение. Для высокоскоростных станочных шпинделей, мотор-шпинделей приводов, газотурбинных установок, авиационных двигателей допустимая скорость подшипника является принципиальной характеристикой.
Предельная скорость вращения подшипника качения и подшипника скольжения может сильно отличаться, исходя из чего их взаимные преимущества по назначению используются разработчиками оборотистых или тихоходных узлов.
Скорость подшипников качения
Подшипники качения более скоростные по определению того, что именно для ускорения в конструкцию были добавлены промежуточные тела качения. Помимо скоростных показателей, у появившихся подшипников качения изменились характеристики шума, потребления смазки.
У подшипников качения с различным направлением нагрузки разные скоростные свойства:
Скорость скольжения подшипника
Скорость скольжения подшипника измеряется в метрах/секунд. Трение скольжения снижает скоростную эффективность, но есть одно важное преимущество перед классом качения, который не способен работать в жидкой среде. К слову, повышенная влажность для большинства подшипников качения также опасна. Подшипники скольжения способны развивать средние скорости вращения одинаково в атмосфере и жидкой среде, поэтому широко используются в узлах насосной, компрессорной техники, гребных винтов с частотой до 20 000 об/мин.
Помимо этого, подшипники скольжения более надежны в узлах с высокой ударно-вибрационной нагрузкой и/или тяжелом статическим отягощением, поэтому незаменимы в добывающей отрасли, судоходном и аэрокосмическом производстве.
Скорость вращения подшипников скольжения в основном зависит от следующих факторов.
Перегрев подшипника. Причины и рекомендации по устранению.
Перегрев подшипника. Причины и рекомендации по устранению.
В тех системах, где в конструкции используется подшипник, достаточно часто возникает проблема перегрева. Мы постарались собрать наиболее часто встречаемые проблемы + наши небольшие комментарии по устранению и/или предотвращению.
1. Избыток/ недостаток смазки в подшипнике.
Уровень смазки в подшипнике должен быть чуть-чуть ниже середины нижнего тела качения. Корпус же должен быть наполнен смазкой от 1/3 до ½ свободного объема.
2. Загрязнение смазки твердыми частицами, её обводнение или окисление (часто бывает из-за повреждения сальника).
Решение этой проблемы очевидно – срочная замена смазки. И, по возможности, устранение попадания твердых частиц.
3. Ошибки в установке подшипника (это может быть недостаточные осевые и радиальные зазоры у подшипника, чрезмерный натяг при посадке, перекос колец подшипника из-за осевых отклонений при монтаже, повреждение рабочей поверхности тел качения и т.д.).
Из-за неправильной установки подшипника эксплуатационная нагрузка на его рабочие поверхности приходится под неправильными узлами. Что и привод к чрезмерному нагреву рабочих поверхностей детали и сокращению сроков эксплуатации. Устранение проблемы – демонтаж и установка согласно нормативам.
4. Чрезмерная нагрузка на подшипник. Это может произойти из-за нарушения балансировки вращающихся деталей – вала и др.).
5. Разрушение или износ деталей. В данном случае с проблемой справить поможет замена подшипника на новый (мы серьезно, не пытайтесь что-то заменить или еще раз смазать – ему уже ничем не поможешь).
6. Загрязнение подшипника в период установки или эксплуатации. Устранение: демонтируйте подшипник, промойте его или хорошо очистите детали и снова установите.
7. Неправильный подбор подшипника. Решение этой проблемы заключается в замене подшипника на другую модель, которая будет соответствовать нормативам.
И не забывайте, что нормальной температурой подшипника считается температура не выше 65°С или примерно на 30° больше температуры окружающей среды.
Небольшой перегрев подшипника возможен сразу после замены или наполнения смазкой. Происходит это из-за повышенного сопротивления добавленного смазочного материала, который в самом начале работы начинает принимать своё нормальное состояние внутри подшипника. В связи с чем мы настоятельно советуем не выводить узел на максимальные обороты сразу после смазочных процедур и при закладке смазки рекомендуем прокатывать подшипник пальцем руки.
В нашем интернет-магазине вы можем приобрести подшипники, который будет удовлетворять потребности систем, а также сервисное обслуживание, которое поможет предотвратить и устранить всё вышеперечисленное.
Рабочая температура подшипников
Нередко специалисты, занимающиеся обслуживанием промышленного оборудования, обращают внимание на горячие подшипники и считают это следствием неисправности или дефекта. В связи с этим стоит разобраться, при какой температуре должны работать подшипники и стоит ли беспокоиться, если подшипники нагревается?
Вопрос определения нормальной температуры подшипников, как и любых других механических узлов и механизмов, крайне сложен, так как приходится учитывать слишком много параметров и переменных. Для начала перечислим наиболее очевидные тезисы:
— любой подшипник генерирует тепло в процессе работы;
— количество выделяемого тепла зависит от конструкции подшипника, скорости его вращения, текущих нагрузок и вязкости смазки;
— избыточное тепло генерируется при нерасчетных нагрузках, ухудшении качества смазки, чрезмерном износе и загрязнении элементов и поверхностей качения;
— избыточный нагрев подшипника ведет к температурным деформациям колец и элементов качения, ухудшению прочностных свойств стали, а также ускоренной деградации смазки. Все вместе эти факторы приводят к ускоренному износу подшипника и повышенной вероятности его заклинивания или разрушения.
Тепловой баланс подшипника зависит как от параметров его тепловыделения, так и от интенсивности теплового обмена с окружающей средой через теплопроводность, конвекцию и излучение. В свою очередь, интенсивность теплового обмена зависит от целого ряда параметров – от температуры окружающей среды до способности подшипникового корпуса передавать тепло с учетом возможных загрязнений на его поверхности.
Производители подшипников имеют методики расчетов для прогнозирования рабочих температур подшипников. Тем не менее, реальные условия эксплуатации могут значительно отличаться от расчетных. Соответственно, спрогнозированная температура может не совпадать с фактической.
Некоторые производители указывают для своей продукции «эталонную скорость», при которой подшипник достигает стационарной температуры 70°C. Этот уровень можно считать точкой отчета для определения нормальной рабочей температуры.
В соответствии с ГОСТ Р 51337-99 «Безопасность машин. Температуры касаемых поверхностей» даже при кратковременном контакте кожи человека с металлической поверхностью, нагретой до 70°C, развивается ожог. Так что подшипник, который субъективно ощущается как «обжигающе горячий», чаще всего работает при нормативной температуре, предусмотренной производителем.
Каковы пределы температуры для подшипников?
Как мы убедились, субъективные ощущения – не лучший ориентир для определения температуры подшипника. Гораздо точнее изменение с помощью встроенных термопар или дистанционного инфракрасного термометра.
Но тут возникает вопрос, каковы же предельные температуры работы подшипников? Нужно подчеркнуть, что речь тут идет только о стандартных промышленных стальных шарико- и роликоподшипниках, работающих при «комнатной» температуре, а не в условиях прокатного стана или пекарской печи. Для высокотемпературных и высокоскоростных подшипников с керамическими элементами качения или даже керамическими кольцами ограничения будут совсем другие.
Итак, при определении предельных температур эксплуатации промышленных подшипников необходимо учитывать ограничения как для материалов компонентов подшипника, так и для смазок, свойства которых очень сильно зависят от температуры.
Самым сильным ограничением является наличие манжетного уплотнения. Чаще всего встроенное манжетное уплотнение подшипника изготавливается из нитрила, который не должен подвергаться нагреву выше 100°C. Также в подшипниковых корпусах могут использоваться манжетные уплотнения из витона, который имеет температурный предел около 200°C.
Нужно принимать во внимание также материал сепаратора. Ограничения может накладывать полиамидный сепаратор, который имеет предел температуры 120°C.
Важным, но зачастую игнорируемым ограничением являются требования к температуре, предъявляемые смазками:
— Если в смазке присутствуют противозадирные присадки, то температурный предел составляет 80°C, выше которого присадка может начать «расслаиваться».
— Типичная пластичная смазка на основе литиевого мыла обеспечивает надежную работу при температуре не выше 120°C, а у «высокотемпературных» смазок могут быть ограничения до 150°C.
Если подшипник работает при повышенной температуре, но благополучно проходит все тесты на уровень износа и вибрации, необходимо учитывать, как более высокая температура может повлиять на смазку. Согласно эмпирическому правилу, на каждые 15 градусов рабочей температуры выше 70°C приходится вдвое увеличивать частоту смазывания.
Если подшипник работает в масляной ванне, то при увеличении температуры масло необходимо менять чаще. Например, если нормальная рабочая температура составляет 50°C, масло можно менять один раз в год, но при 100°C масло необходимо будет менять каждые три месяца!
Абсолютная и относительные температуры
Выше обсуждалось, каковы «абсолютные» температурные пределы с точки зрения компонентов подшипников. Однако тот факт, что подшипник работает при «нормальных» 80°С, вовсе не означает, что у него всё в порядке. Если с момента запуска подшипник работал при 30°C, но впоследствии температура поднялась до 80°C, это может являться индикатором назревающих проблем.
Для постоянного мониторинга температуры критических узлов используют электронные системы, которые подают сигнал тревоги при превышении определенного порога температуры (например, 105°C). Такое устройство можно настроить таким образом, чтобы оно определяло диапазон нормальных рабочих температур, а затем подавало сигнал тревоги, когда температура повысится на 50°C.
Итак, вместо того, чтобы задаваться вопросом, какую температуру может выдержать подшипник, в случае обнаружения тенденции к повышению температуры нужно немедленно начать выяснять причины неполадки. Идет ли речь о недостатке смазки? Изменились ли условия эксплуатации? Свидетельство ли это деформации вала, чрезмерных нагрузок, вибраций или других проблем, не всегда связанных с состоянием самого подшипника? Установить истинные причины нерасчетного нагрева помогают такие методы как вибродиагностика, обследование с помощью тепловизора, а также внутренний осмотр поверхностей качения с помощью эндоскопа.
Весь комплекс исследований подшипников, подшипниковых узлов и оборудования, осуществляет сервисное подразделение компании «Подшипник.ру». Сервисные инженеры с многолетним опытом работы проводят вибродиагностику, мониторинг рабочей температуры оборудования, осматривают вышедшие из строя подшипники и выдают рекомендации по исправлению ситуаций для достижения максимального срока службы подшипников.
Специалисты «Подшипник.ру» помогут рассчитать и подобрать исполнение подшипника для любого режима работы оборудования с учетом скоростей и температур. Также они помогут подобрать подходящую смазку, дадут рекомендации по частоте смазывания. Если ручное нанесение смазки нежелательно или не возможно, специалисты «Подшипник.ру» помогут подобрать автоматические одноточечные или многоточечные системы смазывания от ведущих мировых брендов NTN-SNR и Timken.