軸承中會因摩擦而產生熱能。該能量與軸承傳導的熱平衡。軸承會透過軸承外殼表面和軸將熱傳導到周圍環境中。導熱是透過傳導和散熱進行的,且主要是傳導給流動的潤滑油。
軸承會透過潤滑油傳導產生的大部分熱量 (預估超過 75 %)。因此,潤滑油流經軸承時,溫度自然會從入口溫度上升到軸承出口處的溫度。計算軸承熱平衡是為了找到軸承出口處的平均潤滑油溫度,在此溫度下,所選潤滑油可平衡摩擦產生的熱能與軸承傳導的熱。
軸承透過潤滑油傳導的熱量取決於潤滑油的密度和黏度。因為潤滑油密度和黏度都會隨溫度變更而變更,所以,需要使用逐次逼近法來尋找出口潤滑油溫度。使用者擬定的預期出口潤滑油溫度可用作迭代計算程序的基礎。當設計溫度和計算出的溫度的差值小於 2 deg. C 時,迭代計算即會結束。如果差值超過 2 deg. C 則不會結束,因為這會導致油的黏度和油層的負載能力發生非常大的變更。
以下內容介紹軸承熱平衡使用的所有計算方程式:
液壓引起的側面機油外流
如果軸承邊未緊固好,油就會因流體動力壓力從邊潤滑間隙中漏出來。漏油量為:
V z = 0.125 R * 1 ε d 3 ψω 10 -3 [cm 3 s -1 ]
其中,R *1 外流特性數值是根據軸承相對寬度、相對軸頸離心率和潤滑油入口角度各個圖確定的。
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因入口壓力產生的機油外流
如果油是藉由入口壓力供應給軸承的,油溢出會隨入口壓力的增加而增加。在透過徑向 (即圓周) 槽潤滑的軸承上,可使用以下方程式決定因入口壓力而漏出的油量:
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在透過潤滑孔或軸向潤滑槽潤滑的軸承上:
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循環油量
真空層中的部分油可返回壓力層並繼續循環。其量為
V z = 0.125 R * 2 ε d 3 ψω 10 -3 [cm 3 s -1 ]
取決於 R *2 特性再循環數值,可根據軸承相對寬度和相對軸頸離心率在圖中找到該數值:
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供應給軸承的潤滑油總量
潤滑油總量是根據以下條件決定的:
沒有壓力且進行再循環情況下的潤滑油供應。僅增加側溢產生的損失。
V = V z [cm 3 s -1 ]
沒有壓力且沒有進行再循環情況下的潤滑油供應。流經潤滑層的油會因進行冷卻而被清除或衝走。
V = V z + V u [cm 3 s -1 ]
使用再循環的壓力油進水口。
V = V z + V p [cm 3 s -1 ]
清除或衝走變熱油情況下的油入口壓力。
V = V z + V p + u [cm 3 s -1 ]
填滿插槽的真空部分
薄油層 (在潤滑層的壓力部分中是連續的) 開始分解,同時軸承槽開始填滿油釋放的氣體和從軸承邊吸入的氣體,以及油蒸汽。薄油層在真空部份中蒸發得越多,摩擦損失下降得越多。鬆開或拆下不承受負載的套筒部份有利於薄油層的分解。相反,當滿足以下兩個條件時,會完全填滿潤滑槽:
p o > 0.4 [MPa]
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在這些條件下摩擦損失最高。
摩擦係數
對於潤滑槽局部填滿:
μ = ψΜ * 1 [-]
對於潤滑槽完全填滿:
μ = ψΜ * 2 [-]
其中,M *1、M *2 特性摩擦數值是根據相對軸承寬度和相對軸頸離心率圖確定的:

軸承中因摩擦損失的能量
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傳導至周圍環境中的摩擦能量為
P U = 3.5 π d L α W (T V - T U ) 10 -6 [W]
其中散熱係數為
V ≤ 1.2 m s-1 時,α W = 12 + 8 ν V / 1.2 [W m -2 K -1 ]
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ν V ≤ 1.2 m s -1 時
軸承出口處平均潤滑油溫度下的潤滑油特定熱容量為
c T = 4.588 T V - 5.024.10 -3 ρ 2 20 + 7.1156 ρ 20 - 619.646 [J kg -1 K -1 ]
軸承出口處平均潤滑油溫度下的潤滑油密度為
ρ T = ρ 20 - 0.65 (T - 20) [kg m -3 ]
入口和出口之間潤滑油升高的溫度為
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其中內部冷卻係數表示軸承傳導的相對熱量為:
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表示軸承出口處計算出的潤滑油溫度為
T v = T o + ΔT [°C]
所用變數的意義: