При работе машин и механизмов узлы, в которых движущиеся части сопрягаются с неподвижными, нагреваются вследствие трения. Количество выделяющегося при трении тепла dQ тр определяют по формуле
dQ тр = F тр dl, (6.9)
где F тр – сила трения; dl – элементарное относительное перемещение трущихся пар.
Величину сил трения в трущихся парах можно оценить по формулам:
- при скольжении пар F тр = f N; (6.10)
- при качении пар 
, (6.11)
где f – безразмерный коэффициент трения скольжения, зависящий от свойств материала трущихся пар, качества их обработки, наличия между ними смазки, скорости скольжения и других факторов; N – сила нормального давления между трущимися парами; k – коэффициент трения качения, имеющий размерность длины и зависящий от свойств материала трущихся пар, состояния их поверхностей и многих других факторов; r – радиус катящегося тела.
Выделяющееся за элементарный промежуток времени d τ в трущейся паре тепло расходуется на нагревание узла трения dQ нагр , отводится системой охлаждения dQ охл и теряется в окружающую среду dQ пот. Таким
образом, уравнение теплового баланса узла трения в общем случае имеет вид:
dQ тр = dQ нагр + dQ охл + dQ пот. (6.12)
Величину dQ тр при равномерном вращательном движении можно найти из выражения:
, (6.13)
где d – диаметр вращающейся детали (шейки подшипника, барабана транспортера и т. д.); ω – угловая скорость; n – частота вращения, мин–1.
Приняв 
, имеем
dQ тр = a d τ. (6.14)
Величина dQ нагр зависит от массы нагревающихся деталей m, средней удельной теплоемкости металла сt и продолжительности нагрева d τ:
dQ нагр = m сt d τ. (6.15)
Количество отводимого тепла системой охлаждения примем равным нулю, что будет соответствовать наиболее неблагоприятному случаю:
dQ охл = 0. (6.16)
Для определения потерь тепла в окружающую среду воспользуемся выражением
dQ пот = a (t – t ср) S d τ, (6.17)
где a – коэффициент теплообмена от узла трения в окружающую среду, вычисляемый по формулам:
- при t ≤ 60 оС 
;
- при t < 60 оС 
;
t – температура узла трения (корпуса подшипника, сальника, барабана
и т. п.); t ср – температура окружающей среды; S – поверхность теплообмена.
После подстановки значений (6.14)–(6.17) в уравнение (6.12) имеем:
a d τ = m сt d τ + 0 + a (t – t ср) S d τ. (6.18)
Разделяем переменные
(6.19)
и после интегрирования находим:
. (6.20)
Постоянную интегрирования определяем из начального условия:
при τ = 0 t – t ср = 0.
Тогда
. (6.21)
После подстановки значения (6.21) в выражение (6.20) и несложных преобразований окончательно получаем выражение
(6.22)
для определения температуры узла трения в любой момент времени после возникновения аварийной ситуации, т. е. после прекращения отвода тепла системой охлаждения.
Решив выражение (6.22) относительно t, имеем:
, (6.23)
а максимальную температуру в узле трения (при t®∞) можно определить по формуле
. (6.24)
На действующих производствах отмечены случаи возгорания горючих материалов вследствие перегрева подшипников и сальников машин, барабанов и лент транспортеров и норий, шкивов и приводных ремней, выделения тепла при обработке древесины, пластмасс и металлов резанием, таблетировании лекарств, прессовании пластмасс и отходов древесины, а также при сжатии газов.
Подшипники скольжения
Подшипники скольжения сильнонагруженных и высокооборотистых валов и осей машин могут перегреваться вследствие:
- некачественной смазки;
- загрязнения подшипников;
- перекосов валов;
- чрезмерной затяжки подшипников;
- перегрузки машин;
- загрязнения корпусов подшипников отложениями.
При наличии систем централизованной смазки перегрев подшипников, помимо указанных причин, происходит из-за:
- повышения температуры масла, поступающего в подшипники;
- снижения расхода масла;
- загрязнения масла механическими примесями.
Примерную температуру подшипников в случае прекращения их охлаждения можно определить по формулам (6.23) – (6.24).
Для предотвращения перегрева подшипников применяют следующие способы и технические решения или их комбинации.
1. Смазку подшипников и подвижных частей машин и механизмов производят в соответствии с рекомендованными технической документацией маслами и смазками в установленные сроки.
2. Тщательно регулируют узлы трения при сборке и ремонте машин.
3. Предотвращают перегрузки машин и механизмов.
4. Очищают корпуса подшипников от наслоений краски, отложений пыли, волокнистых материалов и тому подобных загрязнений, ухудшающих теплообмен с окружающей средой (это мероприятие снижает также опасность самовозгорания отложений).
5. Устраивают системы воздушного, водяного или масляного охлаждения подшипников высоконагруженных и высокооборотистых машин и механизмов.
6. Устраивают системы централизованной смазки подшипников с автоматическим контролем и регулированием давления и температуры масла в системе, а также с контролем уровня масла в маслобаке.
7. Устраивают автоматическую блокировку, обеспечивающую включение резервного насоса системы централизованной смазки при остановке основного маслонасоса или падении давления в напорной линии, а также срабатывание звуковой и световой сигнализации.
8. Очищают масла от механических примесей в фильтре, установленном за насосом, подающим масло в подшипники.
9. Очищают теплообменные поверхности в масляном холодильнике системы централизованной смазки от отложений.
10. Заменяют подшипники скольжения подшипниками качения.
Примечание. Визуальный контроль температуры можно осуществить с помощью нанесенных на корпус подшипника термоиндикаторов (термокрасок, термокарандашей, жидких кристаллов и т.д.) по изменению их цвета, прозрачности или других параметров при нагревании.
