Внешние температурные условия эксплуатации непосредственно влияют на работу узлов вращения, и, поскольку подшипники в них максимально воспринимают/передают нагрузки, могут иметь совсем разный срок службы. В то же время, еще более существенным является внутренний нагрев подшипника вследствие высоких нагрузок отягощения и вращения. При этом, исследуя как температура подшипников зависит от их характеристик, необходимо учитывать вид (качения / скольжения), тип (направление нагрузки), смазку, зазоры, а также конструктивные функциональные особенности (материалы элементов).
Температура подшипников качения
Рабочая температура подшипников качения определяется внешними условиями и внутренним трением. А выделяют тепло при вращении даже самые энергоэффективные модели подшипников качения. Если при стандартной работе правильно установленный подшипник не нагревается более +60 градусов, он может прослужить полный срок. Нагрев в пределах от + 65 до 90 градусов для общепромышленных подшипников критический, а выше +95 градусов является опасным и может его заклинить.
Эксплуатационная температура подшипников качения выше +90 градусов требует корректировки зазоров, компенсирующих тепловое расширение металлов (и других материалов), а также применения специальных смазочных материалов. Увеличенный тепловой (радиальный) зазор и термостабилизационная обработка стальных колец позволяют повысить допустимую температуру подшипников качения до +150..200 градусов. При этом используются высокотемпературные пластичные и жидкие смазки на основе полимочевины, минеральных и синтетических масел.
Температура шарикового подшипника ввиду минимальной контактной площади может считаться наименьшей по сравнению с роликовыми. Однорядные подшипники качения уступают по тепловыделению двухрядным.
Максимальная температура подшипников качения ограничивается устойчивостью полимерных сепараторов и уплотнений.
Подшипники с полиамидным сепаратором не рекомендуется устанавливать при быстрых перепадах рабочей температуры, а нагрев более +120 градусов они не выдерживают. На тот же уровень температуры рассчитаны сепараторы из текстолита. Сепараторы из полиэфирэфиркетона устойчивы к химически активным средам и выдерживают нагрев до +150 градусов.
Распространенные уплотнения из армированного NBR-каучука и нитрила рассчитаны на постоянную температуру в пределах от -40 до +90 градусов с кратковременным нагреванием до +120. Гидрированный HNBR-каучук позволяет выдерживать уплотнениям до +150 градусов. Уплотнения из фторкаучуков и витона выдерживают нагрев до +200 градусов.
Температура работы подшипников качения напрямую связана с периодичностью смазывания: увеличение рабочей температуры выше +70 градусов на каждые 15 градусов потребует вдвое чаще смазывать узел.
Температура подшипников скольжения
Допустимая температура подшипников скольжения условно выше аналогов качения за счет прочной и простой конструкции (до +200 градусов). Хотя трение скольжения выделяет больше тепла из-за увеличенной контактной площади, подшипники этого вида нередко применяются в нагревающихся узлах отягощенного вращения. Если скорость скольжения (вращения) невелика, при высокой статической/динамической нагрузке, подшипник скольжения будет более устойчив к перепадам температур, особенно при работе в жидкой среде. К тому же, подшипники скольжения занимают меньше поперечного сечения, поэтому они незаменимы в насосно-компрессорном оборудовании.
Реализация идеи минимизации износа за счёт динамического равновесия процессов накопления и залечивания повреждённости материала приконтактного слоя позволила создать лабораторный образец подшипника с металлической смазкой. В отличие от обычных подшипников скольжения с ограниченными рабочими температурами(до 150-200 градусов), эти подшипники могут работать в интервале от 0 до 1300 градусов с максимально допустимыми удельными нагрузками до 70 Мпа и обладают высоким показателем PV(произведение давления на скорость), что в 5-10 раз больше, чем у обычных подшипников скольжения.
Рабочая температура подшипников скольжения зависит от:
- габаритов;
- материала и термической стабилизации колец;
- типа смазки и способа смазывания;
- материала уплотнений.