Mối quan hệ giữa nhiệt độ và tổn thất năng lượng của các bộ phận trong một ứng dụng rất phức tạp và các yếu tố này có sự phụ thuộc lẫn nhau với nhiều yếu tố khác như kích thước ổ trục, tải trọng và điều kiện bôi trơn.
Chúng ảnh hưởng đến nhiều đặc tính hiệu suất của một ứng dụng và các bộ phận của nó, đồng thời ảnh hưởng theo nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào trạng thái hoạt động, chẳng hạn như khi khởi động hoặc trong hoạt động bình thường, khi đã đạt đến các điều kiện trạng thái ổn định.
Ước tính nhiệt độ hoạt động và xác định giới hạn tốc độ là một khía cạnh quan trọng của phân tích ứng dụng.
Phần này cung cấp chi tiết về các mối quan hệ chính và hướng dẫn về những điều cần xem xét.
Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến nhiều đặc tính hiệu suất của một ứng dụng.
Nhiệt độ vận hành của ổ trục là nhiệt độ ở trạng thái ổn định mà nó đạt được khi chạy và ở trạng thái cân bằng nhiệt với các phần tử xung quanh.
Nhiệt độ vận hành của ổ trục phụ thuộc nhiều vào thiết kế của ứng dụng cũng như ma sát do ổ trục tạo ra. Do đó, ổ trục, các bộ phận lân cận của nó và ứng dụng đều phải được phân tích nhiệt.
Đối với một loại ổ trục nhất định, kích thước ổ trục, nhiệt độ vận hành và điều kiện bôi trơn phụ thuộc lẫn nhau như sau
Những sự phụ thuộc lẫn nhau này được giải quyết bằng cách thực hiện phương pháp phân tích lặp đi lặp lại, để đạt được thiết kế tối ưu cho bố trí ổ trục và chọn các bộ phận thích hợp nhất cho nó.
Nhiệt độ vận hành của ổ trục đạt đến trạng thái ổn định khi có trạng thái cân bằng nhiệt – tức là có sự cân bằng giữa nhiệt sinh ra và nhiệt tiêu tán.
Với điều kiện là tỷ số tải C/P > 10 và tốc độ thấp hơn 50% tốc độ giới hạn n lim , và không có đầu vào nhiệt bên ngoài rõ rệt, thì việc làm mát qua không khí xung quanh và nền thường là đủ để tạo ra nhiệt độ vận hành dưới 100 °C (210 °F) . Khi các điều kiện này không được đáp ứng, hãy thực hiện phân tích chi tiết hơn vì có thể cần phải tản nhiệt bổ sung.
Nhiệt sinh ra là tổng của:
Ma sát vòng bi bao gồm chủ yếu là ma sát lăn, ma sát trượt, ma sát bịt kín và tổn thất lực cản của dầu.
Trong nhiều ứng dụng, vòng bi nằm ở những vị trí mà chúng nhận được nhiệt:
Nhiệt độ hoạt động của vòng bi bị ảnh hưởng bởi điều này, ngoài nhiệt tự tạo ra của chúng. Ví dụ về các ứng dụng như vậy bao gồm:
Đầu vào nhiệt từ các bộ phận lân cận trong ứng dụng hoặc từ quy trình có thể rất rõ rệt và thường rất khó ước tính. Quy tắc là cách nhiệt ổ trục càng nhiều càng tốt khỏi dòng nhiệt bổ sung.
Nhiệt lượng tỏa ra là tổng của:
Ma sát của ổ trục không phải là hằng số và phụ thuộc vào một số hiện tượng ma sát xảy ra trong màng chất bôi trơn giữa các phần tử lăn, rãnh lăn và vòng cách.
Sơ đồ 1 cho thấy ma sát thay đổi như thế nào, như một hàm của tốc độ, trong ổ trục với chất bôi trơn nhất định. Bốn vùng có thể phân biệt được:
Trong mô hình SKF để tính toán ma sát của ổ lăn, tổng mômen ma sát, M, được lấy từ bốn nguồn:
M = M rr + M sl + M phốt + M lực cản
Trong đó
| Mrr | mômen ma sát lăn, và bao gồm các ảnh hưởng của sự thiếu chất bôi trơn và sự gia nhiệt cắt đầu vào [Nmm] |
| M sl | mômen ma sát trượt, và bao gồm ảnh hưởng của chất lượng các điều kiện bôi trơn [Nmm] |
| M phốt | mômen ma sát từ các vòng đệm kín [Nmm] Trường hợp các ổ trục được lắp các vòng đệm tiếp xúc, tổn thất do ma sát từ các vòng đệm có thể vượt quá tổn thất do ma sát tạo ra trong ổ trục. |
| M Lực cản | mômen ma sát do tổn thất lực cản, khuấy trộn, bắn tung tóe, v.v., trong bể dầu [Nmm] |
Việc tính toán các giá trị cho bốn nguồn ma sát này rất phức tạp. Ngoài ra, bạn có thể sử dụng SKF Bearing Select để thực hiện phép tính này.
Để biết thêm thông tin về các tính toán → Mô hình SKF để tính mômen ma sát .
Khi đã biết tổng mô men ma sát, M, của ổ lăn, bạn có thể tính tổn thất công suất do ma sát của ổ lăn bằng cách sử dụng
P = 1,05 x 10 –4 M n
Trong đó
| P | tổn thất công suất do ma sát mang [W] |
| M | tổng mômen ma sát [Nmm] |
| n | tốc độ quay [r/min] |
Mô-men xoắn khởi động (ban đầu) của ổ lăn được định nghĩa là mô-men ma sát mà ổ lăn phải vượt qua để bắt đầu quay, ở nhiệt độ môi trường từ 20 đến 30 °C (70 đến 85 °F) . Do đó, chỉ tính đến mômen ma sát trượt và mômen ma sát của các vòng đệm, nếu được áp dụng.
M bắt đầu = M sl + M Phốt
Trong đó
| M bắt đầu | mômen ma sát bắt đầu [Nmm] |
| M sl | mômen ma sát trượt [Nmm] |
| M Phốt | mômen ma sát của phớt [Nmm] |
Nếu bạn có thể ước tính giá trị tản nhiệt từ ổ trục, W s , thì bạn có thể sử dụng công thức được đưa ra trong mô hình SKF về ma sát ổ trục để tính tổn thất công suất do ma sát của ổ trục, Ptổn thất , để ước tính nhiệt độ vận hành, T ổ lăn , đối với ổ lăn ở trạng thái cân bằng nhiệt, trong điều kiện trạng thái ổn định, sử dụng
T ổ lăn = (Ptổn thất / W s ) + T amb
Trong đó
| T ổ lăn | ước tính nhiệt độ vận hành ổ trục trung bình [°C] |
| Ptổn thất | tổn thất công suất do ma sát mang [W] |
| W s | tổng lượng nhiệt tỏa ra trên mỗi độ trên nhiệt độ môi trường xung quanh [W/°C] |
| T amb | nhiệt độ xung quanh [°C] |
Nếu giá trị của nhiệt độ vận hành vòng bi ước tính quá cao so với yêu cầu của ứng dụng – ví dụ: dẫn đến giá trị κ quá thấp hoặc khoảng thời gian bôi trơn lại quá ngắn – một giải pháp khả thi có thể là giảm nhiệt độ vận hành bằng cách phương tiện của một hệ thống bôi trơn dầu tuần hoàn.
Đối với gối đỡ hai nunawx SKF, bạn có thể sử dụng một mô hình dựa trên kích thước ổ trục để ước tính giá trị tản nhiệt.
Sử dụng sơ đồ 1 , bạn có thể ước tính mức tiêu thụ nhiệt trên mỗi độ - cao hơn nhiệt độ xung quanh, W s , đối với ổ trục có đường kính trung bình ổ trục d m trong gối đỡ hai nữa, với trục tiếp xúc với không khí xung quanh.
Ước tính này có giá trị đối với gối đỡ hai nữa SKF được sử dụng với chất bôi trơn bằng dầu mỡ hoặc bể dầu và chỉ khi không có đầu vào nhiệt đáng kể từ các nguồn bên ngoài, chẳng hạn như làm nóng trục bằng hơi nước hoặc bức xạ rõ rệt từ các bề mặt nóng.
Bằng cách tuần hoàn dầu, có thể làm mát nó và do đó loại bỏ nhiệt khỏi ổ trục.
Trong sơ đồ 2 , đường cong thể hiện tổn thất công suất do ma sát của ổ trục, Ptổn thất và đường góc cạnh thể hiện sự tiêu hao nhiệt, W s .
Tính đến nhiệt lượng tiêu hao qua tuần hoàn dầu, trạng thái cân bằng nhiệt của ổ trục ( sơ đồ 2 ) trong điều kiện trạng thái ổn định trở thành:
Ptổn thất = W s (T gối- T amb ) + P dầu
Trong đó
| Ptổn thất | tổn thất công suất do ma sát mang [W] |
| W s | tổng lượng nhiệt tỏa ra trên mỗi độ trên nhiệt độ môi trường xung quanh [W/°C] |
| Tgối | nhiệt độ vận hành vòng bi yêu cầu ước tính [°C] |
| T amb | nhiệt độ xung quanh [°C] |
| P dầu | công suất ước tính tiêu hao trong bộ làm mát dầu [W] |
Khi tính đến sự tản nhiệt thông qua tuần hoàn dầu, bạn có thể ước tính nhiệt độ vận hành của ổ trục bằng cách sử dụng
T gối = ((P tổn thất – P dầu ) / W s ) + T amb
Bạn có thể ước tính công suất phải tiêu hao do làm mát dầu, đối với nhiệt độ ổ trục nhất định, sử dụng
P dầu = P lỗ - W s (T gối – T amb )
Bạn có thể ước tính lưu lượng dầu cần thiết, đối với một lượng điện năng nhất định phải tiêu tan bằng cách làm mát dầu ( dầu P ), sử dụng
Q = P dầu / (27 (T ra – T vào ))
Trong đó
| Q | lưu lượng dầu yêu cầu [l/min] |
| Pdầu | công suất tiêu hao trong bộ làm mát dầu [W] |
| Tra | nhiệt độ dầu ở đầu ra dầu của vỏ máy [°C] |
| TVào | nhiệt độ dầu ở đầu vào dầu của vỏ máy [°C] |
Nếu bạn không có các giá trị cho T out hoặc T in , bạn có thể giả sử chênh lệch nhiệt độ từ 5 đến 10 °C (10 đến 20 °F) .
Giới hạn làm mát có thể thực hiện được thông qua dầu tuần hoàn được xác định bởi mức độ truyền nhiệt có thể thu được từ một ổ trục nhất định. Theo nguyên tắc thông thường, bạn có thể xác định lưu lượng dầu tối đa, trên đó không giảm nhiệt độ đáng kể, sử dụng
Qmax= (D B) / 12 500
Trong đó
| Qmax | lưu lượng dầu tối đa [l/min] |
| D | đường kính ngoài vòng bi [mm] |
| B | chiều rộng vòng bi[mm] |
Sau khi bạn đã ước tính nhiệt độ vận hành, hãy kiểm tra:
Nguồn: skf.com
