1. Розрахункові методи визначення моментів тертя у підшипниках кочення

Моменти тертя Т_п , Н.мм, у шарикопідшипниках із внутрішнім діаметром d  25 мм та зовнішнім D можуть бути розраховані за напівемпіричною формулою [1, 2]

, (1)

де Т₀ – власний момент у ненавантаженому підшипнику; F_r та F_a – радіальна та осьова сили, Н , відповідно, які діють на підшипник; D_m – діаметр окружності, яка проходить через центри тіл кочення – шариків чи роликів (D_m  0,5(D+d)); D_w – діаметр тіла кочення (D_w  0,25(D – d)); k – коефіцієнт тертя кочення у підшипнику, який може бути прийнятий k = 0,003...0,007 мм .

Власний момент Т₀, Н.мм, розраховують за формулою

Т₀ = 0,02 (D+d). (2)

2. Експериментальні методи визначення моментів тертя

2.1. Визначення моменту у квазістатичному режимі обертання

Такий режим можна здійснити при незначній швидкости обертання валу, встановленого на підшипниках, під дією малої окружної сили на зовнішньому діаметрі підшипника. Момент цієї сили й дорівнює моменту тертя у парі підшипників.

Схема експерименту наведена на рис. 1, а.

а б

Рис.1. Визначення моментів тертя підшипників

Сталевий барабан 3 встановлений на двох підшипниках 4 на столі 5; на поверхню барабана намотують гнучку стрічку 2, на яку підвішують вантаж 1. Необ-хідно підібрати масу останнього таким чином, щоб він повільно почав опускатися вниз, обертаючи барабан. Важливо, щоб ця маса була мінімальною – на межі гальмування повороту барабана (забезпечується за допомогою лабораторних важків).

Моменти тертя двох підшипників при цьому розраховують за формулою:

2Т₀ = 0,5mgD₁ , (3)

де g = 9,81 м/с² – прискорення земного тяжіння.

2.2. Визначення моментів тертя у динамічному режимі

Якщо ланка механізму із моментом інерції J , встановлена на підшипниках, обертається із кутовою швидкістю  , її кінетична енргія Е = J ²/2. Ланку розганяють до швидкості  ₀ , а потім дають можливість гальмуватися внаслідок дії моментів тертя Т у опорах. Проміжок часу  , на протязі якого ланка повністю загальмується, тобто повністю витратить свою кінетичну енергію , дає можливість розрахувати моменти тертя у підшипниках.

Рівняння руху для ланки: після інтегрування у межах зміни швидкості від  ₀ до  = 0 (при умові Т  const ):

(4)

Cхема проведення експерименту залишається тою ж, але необхідно розігнати ланку (барабан), до швидкості, яка суттєво перевищує квазістатичну. Цей розгон здійснюють також вантажем, але його маса повинна бути значно більшою, ніж у першому експерименті – п. 2.1. Якщо вантаж падає із висоти h, його потенційна енер-гія дорівнює П = mgh , й вона майже вся переходить у кінетичну енергію , за винятком витрати енергії на тертя у підшипниках Т₀ , де ₀ – кут, на який повернувся барабан при розгоні масою т .

Цей кут можна розрахувати із співвідношення h = D₁₀/2.

Рівняння, яке пов’язує кінетичну та потенційну енергії:

. (5)

Сумісне розв’язання рівнянь (4) – (5) дає можливість розрахувати момент тертя у двох підшипниках:

. (6)