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滑動(dòng)軸承發(fā)熱的機(jī)理淺析

2018-08-24

王占光
（焦作堅(jiān)固水泥公司）

　　滑動(dòng)軸承作為回轉(zhuǎn)體的支撐另件，因其承載能力強(qiáng)，沒(méi)有極限轉(zhuǎn)速和壽命期的限制，廣泛用于高速及重載設(shè)備之中，用于回轉(zhuǎn)體的支撐，當(dāng)其達(dá)到液體潤(rùn)滑的條件時(shí)，滑動(dòng)摩擦系數(shù)相當(dāng)?shù)?，功耗相?dāng)小，因此備受使用者青睞；但當(dāng)加工精度和安裝精度不足時(shí)，會(huì)引起發(fā)熱甚至燒毀，常常使人備受煎熬。以前就其發(fā)熱的直接原因介紹較多，現(xiàn)主要就其發(fā)熱的機(jī)理進(jìn)行更深一步的介紹與淺析，供讀者參考。

　　1、滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)驗(yàn)算方法

　　滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)要求單位面積所受壓力必須小于單位面積的許用壓力，或滑動(dòng)軸承產(chǎn)生的熱量必須小于許用的發(fā)熱量，即滑動(dòng)軸承的散熱能力必須大于自身產(chǎn)生的熱量?？捎檬阶颖磉_(dá)為：

　　式中：

　　p---滑動(dòng)軸承單位面積上的壓力

　　[p]---滑動(dòng)軸承單位面積的許用壓力

　　V----滑動(dòng)軸承的線(xiàn)速度

　　Pa---滑動(dòng)軸承的總壓力

　　da---滑動(dòng)軸承的直徑

　　la----滑動(dòng)軸承的長(zhǎng)度

　　n---滑動(dòng)軸承的轉(zhuǎn)速

　　從上式可以看出單位面積上的壓力p受軸承直徑da、軸承長(zhǎng)度la、總壓力pa的影響，當(dāng)設(shè)備產(chǎn)生振動(dòng)或有其它附加載荷時(shí)，總壓力增大，此時(shí)單位面積的壓力隨之增大，單位面積的壓力與總壓力成正比；當(dāng)軸承內(nèi)徑或軸承長(zhǎng)度變化時(shí)，單位面積的壓力隨之變化，且與之成反比關(guān)系。對(duì)于運(yùn)行中的滑動(dòng)軸承來(lái)說(shuō)，雖然直徑、長(zhǎng)度以及總載荷均已確定，但實(shí)際上其軸與軸承的接觸情況是變化的，實(shí)際接觸面積只會(huì)小于公稱(chēng)尺寸，比如軸與軸承在弧長(zhǎng)方向受瓦口間隙等影響，達(dá)不到公稱(chēng)尺寸；長(zhǎng)度方向上的接觸也是一樣，當(dāng)軸與軸承在軸向接觸較短時(shí)，單位面積上的壓力增大，總之，單位面積上的壓力與軸承直徑成反比，與軸承的長(zhǎng)度成反比。

　　二、滑動(dòng)軸承的發(fā)熱機(jī)理

　　上面分析了滑動(dòng)軸承單位面積的壓力與總載荷、軸承直徑、軸承長(zhǎng)度的關(guān)系以及變化的形式，下面分析介紹當(dāng)單位面積的壓力變化時(shí)產(chǎn)生的結(jié)果。

　　我們知道，軸與滑動(dòng)軸承是一對(duì)摩擦副，屬于滑動(dòng)摩擦。摩擦就會(huì)發(fā)熱，其發(fā)熱量的大小與摩擦力成正比，與運(yùn)動(dòng)的速度成正比；摩擦力大，發(fā)熱大，速度快發(fā)熱多。而摩擦力與正壓力、摩擦系數(shù)成正比，從設(shè)計(jì)的角度來(lái)說(shuō)，總載荷是確定的，在確定了軸承直徑、長(zhǎng)度以后，單位面積的壓力也是定數(shù)，運(yùn)行中滿(mǎn)足了這些條件，軸承就不會(huì)發(fā)熱，但運(yùn)行是變化的，當(dāng)總載荷增大、實(shí)際接觸弧長(zhǎng)、實(shí)際接觸長(zhǎng)度變化時(shí)，單位面積上的壓力就會(huì)增大，這就出問(wèn)題了，實(shí)際上摩擦系數(shù)也是隨著單位面積的壓力的增大而增大的，一旦摩擦系數(shù)增大，那么摩擦熱就會(huì)增多，一旦發(fā)熱到摩擦熱量大于能夠散發(fā)的熱量，平衡打破，軸承就發(fā)熱了。其實(shí)當(dāng)單位面積上的壓力增大時(shí)，其摩擦系數(shù)增加很快，具體可參看下表。

　　從表中可以看出，作用在軸承的壓強(qiáng)增加，其摩擦系數(shù)增加，因?yàn)槟Σ凉Φ扔谀Σ料禂?shù)、正壓力、運(yùn)動(dòng)速度三者的乘積，當(dāng)接觸較差時(shí)，接觸面積減小，壓強(qiáng)增大；設(shè)備振動(dòng)時(shí)總載荷增大，其壓強(qiáng)都會(huì)增大，那么摩擦系數(shù)就會(huì)增加，發(fā)熱量增加，滑動(dòng)軸承必定發(fā)熱。所以任何情況下的接觸精度降低，任何情況下的載荷增大，都會(huì)導(dǎo)致滑動(dòng)軸承的局部壓強(qiáng)增大，進(jìn)而使摩擦系數(shù)增大，使軸承發(fā)熱。某些單位為了避開(kāi)球面瓦的不靈活造成軸與瓦端部的摩擦，把瓦口開(kāi)得很大，雖然在一定程度上解決了問(wèn)題，但從某種意義來(lái)說(shuō)，其實(shí)是增大了軸承單位面積上的受力，一會(huì)縮短軸承壽命，二會(huì)降低軸承抵抗風(fēng)險(xiǎn)的能力，一有風(fēng)吹草動(dòng)軸承就會(huì)發(fā)熱，不利于穩(wěn)定運(yùn)行。有些單位為了提高球面瓦的靈活度，把球面瓦與瓦座的接觸面積縮的很小，特別是中間有凹槽球面瓦，僅凹槽的兩側(cè)很少部分接觸，摩擦力將會(huì)大增，不利于球面瓦的活動(dòng)。巨大的壓力雖然沒(méi)有造成壓潰，但局部高點(diǎn)的壓入總會(huì)有的，這就如同大橋兩側(cè)生根，更增加了球面瓦的穩(wěn)定性。所以在設(shè)備管理與維修當(dāng)中，盡量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求為好，對(duì)于一些加工精度低的部位，應(yīng)想辦法通過(guò)手工方法彌補(bǔ)，已使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

　　摩擦系數(shù)不但與壓強(qiáng)有關(guān)，也與運(yùn)動(dòng)的速度有關(guān)，下面是速度與摩擦系數(shù)的關(guān)系。

　　從上表中可以看出，設(shè)備在啟動(dòng)時(shí)，摩擦系數(shù)很大，運(yùn)行起來(lái)后，摩擦系數(shù)降低，但在一定的區(qū)間內(nèi)變化相對(duì)較小，其變化的幅度相對(duì)壓強(qiáng)對(duì)摩擦系數(shù)的影響相差較大，所以水泥在窯發(fā)熱時(shí)常采用降窯速的辦法，雖有效果，但多數(shù)改變不了發(fā)熱的命運(yùn)，就是這個(gè)道理。還有些單位在停機(jī)前運(yùn)行良好，但開(kāi)機(jī)時(shí)瓦熱了，甚至局部燒損，其實(shí)就是啟動(dòng)時(shí)摩擦力大導(dǎo)致的，此時(shí)不但摩擦力大，潤(rùn)滑條件也達(dá)不到要求，特別是沒(méi)有靜壓?jiǎn)?dòng)的設(shè)備。那么反過(guò)來(lái)講，如制動(dòng)就不一樣了，摩擦系數(shù)由小到大，說(shuō)高速運(yùn)行的設(shè)備瞬間停下困難，就是有抱閘也是，以前常用慣性原理來(lái)解釋高速行走的列車(chē)很難剎車(chē)，其實(shí)摩擦系數(shù)的影響也是有的，Z起碼延長(zhǎng)了停車(chē)的時(shí)間。

　　三、結(jié)束語(yǔ)

　　通過(guò)分析可以得知摩擦力、摩擦系數(shù)與壓強(qiáng)變化的關(guān)系，摩擦系數(shù)與運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系，解釋了設(shè)備啟動(dòng)時(shí)傷瓦、接觸精度低時(shí)瓦發(fā)熱的機(jī)理，高速行駛的列車(chē)為什么制動(dòng)困難。其實(shí)造成滑動(dòng)軸承發(fā)熱的原因很多，如潤(rùn)滑不良、零件粗糙等都會(huì)增大摩擦，作為下一個(gè)議題就其機(jī)理以后討論。好了，文中不當(dāng)之處，敬請(qǐng)批評(píng)指正。