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滚动轴承摩擦转矩的计算

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-07-18  浏览次数:75

滚动轴承内部是通过滚动体在滚道内的滚动实现减小摩擦保证机械设备良好、稳定,精确运转的零件。滚动轴承运转的时候也会存在一定的摩擦,这些摩擦所产生的能量最终以热量的方式散发出去,是轴承自身发热的来源。因此,在计算轴承温度的时候,除了考虑外界热源的热量传递,也要考虑轴承自身转动的发热。本文对滚动轴承摩擦转矩的计算做一个介绍,给出简化算法。在轴承摩擦转矩计算完成之后,就可以计算轴承运转过程中的热量,从而得到轴承的计算温度。

滚动轴承最基本的组成部分包括轴承外圈、轴承内圈、轴承滚动体和保持架。滚动轴承的滚动是在滚动体和滚道接触表面发生的,这个滚动摩擦是滚动轴承区别于滑动轴承的最重要因素。

滚动轴承在运转的时候,由于内部各个零部件存在相对的运动和摩擦,因此也有一定的摩擦转矩。事实上,滚动轴承内部的摩擦不仅仅是上述的滚动体和滚道之间的滚动摩擦,还有其他的组成部分。这些组成部分共同构成滚动轴承的摩擦学模型。相对准确的滚动轴承摩擦计算就是基于这个滚动轴承摩擦学模型进行的。

关于滚动轴承的摩擦,在2003年瑞典轴承公司SKF提出了摩擦学模型,并发布在自己的轴承型录之中。

在这个滚动轴承摩擦模型总体是这样的:

M=Mrr+Msl+Mdrag+Mseal

在上述的模型中:

M  :滚动轴承的总摩擦转矩。

 Mrr:滚动轴承在运转时候的滚动摩擦部分。主要是指滚动体和滚道之间的滚动摩擦。由于一般滚动体和滚道之间油润滑,因此这部分的滚动摩擦不仅仅是材质自身的滚动摩擦,还有润滑剂的影响。

 Msl:滚动轴承在运转的时候内部的滑动摩擦部分。滚动轴承运转时滚动体和保持架之间的摩擦是滑动摩擦。保持架和轴承套圈之间的摩擦也是滑动摩擦(根据保持架形式的不同)。

 Mdrag:滚动轴承运转时的拖曳损失带来的摩擦转矩(阻转矩)。如果滚动轴承运转于油池中的时候,当轴承运转的时候,会搅拌油池中的润滑油带来拖曳损失。事实上,对于油脂润滑的滚动轴承,也存在相应的拖曳损失。当油脂添加得当的时候,这个拖曳损失很小,因此不会影响摩擦而带来不良温度上升。但是如果油脂填装过量,轴承运转的时候的拖曳损失就会较大,轴承会出现额外的温度上升。

 Mseal:对于一些带密封件的轴承,为了达到密封的效果,会使用橡胶密封,密封唇口与轴之间有正压力也有相对运动,因此也就带来一定的摩擦阻转矩。这个摩擦与密封件材料有关,与密封唇口的接触有关。

上述滚动轴承摩擦学基本模型可以根据SKF型录中的详细公式进行计算,从而得到相对准确的轴承运转时的摩擦阻转矩。这个摩擦的计算与轴承类型、轴承转速、轴承润滑、密封形式等等诸多因素有关,虽然不难,但是相对复杂。

上述计算较复杂,因此这里给一种相对简单的估算方法,可以近似的得到滚动轴承运转时候的摩擦转矩。

估算方法如下:

M=0.5μPd

式中:

M为滚动轴承的摩擦转矩(Nmm);

μ为摩擦系数;

P为轴承的当量动负荷(N);

 d为轴承内径(mm);

 其中,常用滚动轴承的摩擦系数μ为:

 深沟球轴                 0.0015

圆柱滚子轴承           0.0011

单列角接触球轴承      0.002

圆锥滚子轴承            0.0018


对于一般的电机而言,轴承的发热不应该是电机轴承温度上升的主要来源。正常的轴承,运转的时候,所带来的轴承阻转矩在电机的机械损耗中小于1%,通常可以忽略。但是轴承一旦摩擦发热到可以感知的程度,那么就预示可能存在问题。

 
 
 

 
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