6.2 Подшипники скольжения открытого типа
Состоят из вкладышей1, контактирующих с полированными шейками 2 рабочего валка, в зазор между которыми подается густая или жидкая смазка (рис.6.2).
Рисунок 6.2 − Подшипники скольжения открытого типа
Вкладыши бывают металлическими и неметаллическими. Металлические (бронзовые) вкладыши исторически использовались первыми. При густой смазке коэффициент трения в опорах с такими вкладышами был довольно велик – 0,06−0,10. Кроме того, они быстро изнашивались при попадании в подшипник абразивных частиц. Поэтому в середине прошлого века перешли на неметаллические вкладыши.
В качестве материала неметаллических вкладышей используются текстолит, лигнофоль, а при небольших нагрузках - лигностон. Такие вкладыши изготавливаются цельноштампованными или наборными. Для нормальной работы подшипников с неметаллическими вкладышами обязательно необходима непрерывная подача смазки в виде водомасляной эмульсии или смеси минерального масла с водой. Расход смазки достигает 10м3 на 1м2 поверхности вкладыша.
Смазка создает режим полужидкостного трения, благодаря чему коэффициент трения f составляет 0,01÷0,03 при низких частотах вращения и 0,004÷0,006 – при высоких. Кроме того, большое количество жидкой смазки, проходящей через подшипник, способствует охлаждению вкладышей, без чего они, из-за низкой теплопроводности неметаллических материалов, быстро бы нагревались, разбухали и обугливались.
К достоинствам неметаллических вкладышей относятся способность без разрушения воспринимать ударные нагрузки и нечувствительность к попаданию абразивных частиц, которые вкатываются в мягкую поверхность вкладышей и теряют способность образовывать царапины на шейках. Кроме того, подшипники с неметаллическими вкладышами очень дешевы и могут изготавливаться непосредственно на металлургическом заводе.
Недостатками опор с неметаллическими вкладышами являются:
1. малая величина модуля жесткости, из-за чего их невозможно применять в чистовых клетях, где требуется высокая точность проката;
2. сложность эксплуатации, т.к. при неравномерном износе вкладышей подшипники изменяют свою геометрическую форму и валки приходится подстраивать.
Применяются подшипники с неметаллическими вкладышами на обжимных станах и в черновых клетях станов горячей прокатки.
В последнее десятилетие возобновился интерес к подшипникам скольжения с металлическими вкладышами. Однако теперь они проектируются для работы в режиме полужидкостного трения, обеспечивающем малое значение f. В качестве материала вкладышей применяют специальный антифрикционный чугун или бронзу. Такие подшипники имеют значительно большую жесткость, но они обладают слабыми демпфирующими свойствами.
6.3 Подшипники скольжения закрытого типа
Подразделяются на гидродинамические (ГДП), гидростатические
(ГСП) и гидростатодинамические (ГСДП).
Работа ГДП, которые ранее назывались подшипниками жидкостного трения (ПЖТ), основывается на гидродинамическом эффекте – при вращении цапфы-вкладыша 1 между нею и втулкой вкладышем 2 благодаря адгезии и вязкости масло из зазора не выдавливается, а втягивается, образуя т.н. гидродинамический клин (рис.6.3).
Рисунок 6.3 − Принцип работы ГДП
Цапфа 1 «всплывает» и трение становится жидкостным, т.к. благодаря высокой точности обработки (по1 классу) и чистоте поверхностей (по 10÷12) классу цапфы и втулки минимальный зазор hmin=50÷200 мкм достаточен для разделения трущихся поверхностей. На рис.6.3 показана эпюра давления масла в гидродинамическом клине. Масло подается в ГДП по специальному «карману» под давлением 0,1−0,2 МПа и посредством такого же «кармана» удаляется из подшипника.
Сопротивление вращению цапфы 1 оказывают только силы вязкого трения масла, поэтому коэффициент трения минимален и равен f = 0,001÷0,005, причем он уменьшается с ростом частоты вращения, тогда как грузоподъемность подшипника растет. Грузоподъемность также увеличивается при увеличении диаметра подшипника и повышении вязкости масла. Последнее, однако, ведет к увеличению выделения тепла, следовательно, создает проблемы с охлаждением. Повысить грузоподъемность ГДП можно и за счет уменьшения hmin, что требует повышения точности обработки втулок.
Износа трущихся поверхностей практически нет, поэтому при правильной эксплуатации долговечность ГДП составляет 10÷20 лет. Важными достоинствами ГДП являются их способность работать при высоких скоростях и демпфировать ударные нагрузки. Недостатками ГДП являются необходимость в маслостанции для централизованной подачи жидкой смазки и зависимость грузоподъемности от частоты вращения. Поэтому на реверсивных станах ГДП имеют ограниченное применение (только в опорных валках, где из-за большого диаметра масляная пленка не успевает исчезать при реверсе). На станах точной прокатки создает проблемы эффект «всплытия шеек» при увеличении скорости прокатки. Кроме того, ГДП не воспринимают осевую нагрузку и поэтому опору приходится снабжать дополнительным радиально-упорным подшипником качения.
Применяются ГДП в основном в чистовых клетях непрерывных станов.
Гидростатические подшипники применяются в узлах машин с настолько малыми частотами вращения, при которых гидродинамический клин не образуется. Поэтому в ГСП уравновешивание внешней нагрузки происходит за счет подачи масла под высоким давлением (около 50 МПа) в специальные углубления 1в втулке-цапфе (рис.6.4). В опорах прокатных валков эти подшипники применения не нашли, в
отличие от ГСДП, являющихся комбинацией ГДП и ГСП.
Рисунок 6.4 − Схема гидростатического подшипника
У ГСДП смазка под высоким давлением подается только в переходных режимах (пуска и остановки), когда несущая способность масляного клина недостаточна. В установившемся режиме подача масла в углубления 1 (рис.6.4) прекращается и подшипник работает как ГДП. Углубления 1 выполнены в виде узких канавок на дуге ≈ 400, что незначительно уменьшает опорную площадь масляного клина. Единственный недостаток этих подшипников – сложность и дороговизна гидроаппаратуры на высокие давления.
