すべり軸受は、回転体の支持部品として、その強力な支持能力と最高速度と寿命サイクルの制限がないため、高速および重量機器に広く使用されています。 液体潤滑の状態に達すると、滑り摩擦係数が非常に低く、消費電力も非常に小さいため、ユーザーに好まれています。 しかし、加工精度や取り付け精度が不十分な場合、発熱や発火の原因となり、人に多大な被害を与えることも少なくありません。 以前は、発熱の直接的な原因についての紹介が多かったですが、現在は読者の参考のために、主に発熱のメカニズムについてのより深い紹介と分析を提供しています。
1. 滑り軸受の設計・計算方法
滑り軸受の設計では、単位面積あたりの圧力が単位面積あたりの許容圧力未満であるか、滑り軸受によって発生する熱が許容発熱量未満である必要があります。つまり、滑り軸受の放熱能力が必要です。自身が発生する熱よりも大きくなります。 式は次のように表すことができます。
方程式では次のようになります。
P - 滑り軸受の単位面積あたりの圧力
[p] - 滑り軸受の単位面積あたりの許容圧力
V - 滑り軸受の線速度
Pa - 滑り軸受の全圧力
Da - 滑り軸受の直径
La - 滑り軸受の長さ
n - 滑り軸受の速度
上式より、単位面積当たりの圧力pは軸受直径da、軸受長さla、全圧paの影響を受けることがわかります。 機器に振動やその他の負荷が発生すると、全圧力が増加し、それに応じて単位面積あたりの圧力も増加します。 単位面積あたりの圧力は総圧力に比例します。 ベアリングの内径や長さが変化すると、単位面積あたりの圧力が変化し、それに反比例します。 滑り軸受は実際に使用する際、直径、長さ、総荷重は決まっていますが、実際には軸と軸受の接触状況は変化しており、実際の接触面積は呼び寸法よりも小さくなります。 例えば、パッド口部の円弧長方向の隙間によりシャフトと軸受が影響を受け、呼び寸法に達しません。 長さ方向の当たりも同様である。 軸と軸受とのアキシアル接触が短いと、単位面積当たりの圧力が増加します。 つまり、単位面積あたりの圧力はベアリングの直径に反比例し、ベアリングの長さに反比例します。
滑り軸受の加熱機構
以上の解析により、すべり軸受の単位面積当たりの圧力と全荷重、軸受径、軸受長さの関係および変動形態を解析しました。 次の解析では、単位面積あたりの圧力が変化したときに生成される結果を紹介します。
ご存知のように、シャフトと滑り軸受は滑り摩擦に属する一対の摩擦対です。 摩擦は熱を発生させますが、発生する熱の量は摩擦力と運動速度に比例します。 高摩擦、高発熱、高速、さらに発熱量も多くなります。 摩擦力は正圧と摩擦係数に正比例します。 設計の観点から、総荷重が決定されます。 ベアリングの直径と長さを決定すると、単位面積あたりの圧力も一定になります。 動作中にこれらの条件が満たされる場合、ベアリングは発熱しませんが、動作は変動します。 総荷重が増加し、実際の接触弧長、実際の接触長さが変化すると、単位面積当たりの圧力が増加し、問題が発生します。実際、単位面積当たりの圧力の増加に伴い、摩擦係数も増加します。 摩擦係数が大きくなると摩擦熱も大きくなります。 摩擦によって発生する熱が放散できる熱を超えると、バランスが崩れ、ベアリングが加熱します。 実際、単位面積あたりの圧力が増加すると、下表に示すように摩擦係数は急激に増加します。
表から、軸受に作用する圧力が増加すると、摩擦仕事は摩擦係数、正圧、運動速度の積に等しいため、摩擦係数が増加することがわかります。 接触が悪いと接触面積が減少し、圧力が増加します。 機器全体の負荷が振動すると圧力が増加し、摩擦係数が増加して発熱が増加します。 滑り軸受は必然的に発熱します。 したがって、いずれの場合も接触精度の低下と荷重の増加により、滑り軸受の局部圧力が増加し、摩擦係数が増加して軸受が発熱します。 ボールベアリングの柔軟性のなさによって生じるシャフトとボールベアリングの端との間の摩擦を避けるために、一部のユニットではベアリングの口が非常に大きく開いています。 これにより、ある意味では問題はある程度解決されましたが、実際には軸受の単位面積にかかる力が増大し、軸受の寿命が短くなり、軸受のリスク耐性が低下します。 風が吹くとベアリングが発熱し、安定した動作ができなくなります。 一部のユニットでは、特に中央に溝のある球形パッドの場合、球形パッドの柔軟性を向上させるために、球形パッドとパッド座の間の接触面積を非常に小さくしています。 両側の溝のごく一部しか接触しないため、摩擦力が大幅に増加し、球面パッドの動きを妨げます。 巨大な圧力によって崩壊が引き起こされることはありませんでしたが、橋の両側に根が張るような局所的な高い点が常に押し込まれ、球状タイルの安定性がさらに高まります。 したがって、設備の管理と保守では、設計要件を可能な限り満たすことが最善です。 加工精度が低い一部の部品については、設計要件を満たすために手動の方法でそれを補う必要があります。
摩擦係数は圧力だけでなく、動きの速度にも関係します。 以下に速度と摩擦係数の関係を示します。
上の表から、装置の始動時の摩擦係数が非常に高いことがわかります。 走行後は摩擦係数は低下しますが、その変化は一定の範囲内では比較的小さく、その変化の大きさは圧力による摩擦係数の影響とは比較的異なります。 したがって、キルン内でセメントを加熱するためにキルン速度を下げることがよく行われます。 効果はありますが、暖房の運命を変えることはできないことがほとんどです。 一部のユニットはシャットダウンする前に正常に動作しますが、始動中にベアリングが熱くなったり、部分的に焼けたりすることがあります。これは実際には始動時の高い摩擦が原因です。 このとき、特に静圧始動のない装置では、摩擦が高いだけでなく、潤滑条件も要件を満たすことができません。 一方、制動が異なると摩擦係数は小さい値から大きい値へと増加します。 高速機器はブレーキを保持しても瞬時に停止することが困難です。 以前は、高速列車のブレーキの難しさの説明には慣性原理がよく使われていました。 実際には、摩擦係数の影響も存在し、少なくとも停止時間は長くなります。
3. 結論
解析により、摩擦力、摩擦係数と圧力変化の関係、摩擦係数と運動速度の関係が分かります。 これにより、機器の起動時にシューが損傷したり、接触精度が低い場合に発熱したりするメカニズムや、高速列車のブレーキがかかりにくい理由が説明されています。 実際、滑り軸受の加熱には、潤滑不良や部品の粗さなど、摩擦が増大するさまざまな理由があります。 次のトピックとして、そのメカニズムについて今後議論する予定です。 記事内の間違いを批判して修正してください。
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