Лекция № 7
7.1 Виды подшипников качения и их свойства
Подшипники качения (ПК) – самый распространенный опор. применяющихся в современном машиностроении. Широко используются они и в оборудовании прокатных цехов, в частности, в качестве опор прокатных валков.
Достоинствами ПК являются:
1. Сравнительно низкий коэффициент трения (до 0,002−0,005 у шарикоподшипников);
2. Большая жесткость опоры и неизменяемость ее размеров при эксплуатации (нет перекосов от неравномерного износа деталей и «всплытия» шеек, как у ПС);
3. Менее жесткие требования к герметизации, чем у ГДП;
4. Отсутствие надобности в сложных смазочных системах и простота в эксплуатации;
5. Способность некоторых типов ПК воспринимать не только радиальную, но и осевую нагрузку.
Основных недостатков ПК два:
1. Меньшая, чем у ПС, удельная грузоподъемность;
2. Уменьшение долговечности с ростом частоты вращения.
Первый недостаток обусловлен необходимостью иметь большую, чем у ПС, величину «живого сечения», поскольку ПК состоит из внутреннего кольца 1, наружного кольца 2 и тел качения 3 (рис.7.1). По этой же причине шейки при использовании ПК всегда имеют меньший диаметр, вследствие чего валки обладают меньшими прочностью и жесткостью.
Чтобы уменьшить величину «живого сечения», выпускают т.н.
игольчатые подшипники.
а) б)
а) двухрядный роликоцилиндрический подшипник
б) двухрядный роликосферический подшипник
Рисунок 7.1 − Подшипники качения
У игольчатых подшипников тела качения имеют вид относительно длинных цилиндров малого диаметра, благодаря чему высота «живого сечения» существенно уменьшается. Еще меньшая высота у бессепараторных игольчатых подшипников без внутреннего кольца (рис.7.2).
Рисунок 7.2 − Бессепараторный игольчатый подшипник
Роль внутреннего кольца у них играет отполированная шейка вал-
ка. Игольчатые подшипники имеют относительно высокую грузоподъемность, но они не допускают больших частот вращения.
Второй недостаток ПК обусловлен тем, что они выходят из строя вследствие усталостного износа (выкрашивания) дорожек и тел качения. При увеличении частоты вращения число циклов нагружения за один и тот же период возрастает, что и приводит к потере циклической прочности.
7.2 Подшипники качения для прокатных валков
Из-за больших нагрузок в качестве опор валков применяются в основном роликовые подшипники. Шариковые используются только в чистовых клетях проволочных станов, где усилия прокатки невелики, а скорости – значительны (шариковые подшипники имеют меньшую несущую способность, но могут работать при больших скоростях).
Применяют двухрядные ПК с цилиндрическими роликами (рис.7.1а) и со сферическими роликами (рис.7.1.б). Последние обладают свойством самоустановки: при изгибе вала внутреннее кольцо 1 поворачивается вместе с валом относительно наружного 2, тем самым предотвращая неравномерность распределения нагрузки по рядам роликов. Чтобы повысить несущую способность опоры, двухрядные ПК устанавливают парами. Однако при этом роликосферические подшипники теряют свойство самоустановки.
Чаще всего в качестве опор прокатных валков используются четырехрядные подшипники: роликоконические (рис.7.3а) и с короткими
цилиндрическими роликами (рис.7.3б). Эти подшипники выпускаются как с цилиндрическими внутренними отверстиями, так и с коническими. Последнее значительно облегчает монтаж и демонтаж подшипников на шейки валков и несколько увеличивает прочность шеек.
а) б)
Рисунок 7.3 − Опоры с четырехрядными подшипниками
Достоинствами роликоконических подшипников являются:
1. Высокая грузоподъемность;
2. Нечувствительность к перекосам посадочных мест;
3. Способность воспринимать осевую нагрузку.
Недостатками являются:
1. Небольшие допускаемые частоты вращения, т.к. из-за сложной конфигурации дорожек и тел качения их трудно изготавливать с высокой точностью;
2. Возникновение неравномерного распределения нагрузки между рядами роликов с увеличением осевой нагрузки. При этом два ряда роликов, не воспринимающих из-за зазора в беговой дорожке осевую нагрузку, разгружаются и от радиальной. В результате остальные два ряда перегружаются, что уменьшает долговечность всего подшипника.
Роликоконические подшипники применяются в основном на реверсивных станах, а также в черновых клетях непрерывных станов с небольшой скоростью прокатки.
Четырехрядные ПК с короткими цилиндрическими роликами
(рис.7.3.б) допускают высокие скорости прокатки (до 30÷40 м/с), т.к. благодаря простой форме тел и дорожек качения их можно изготавливать с высокой точностью. Их недостатки – чувствительность к пере-
косам посадочных мест и неспособность воспринимать осевые нагрузки. Последнее вынуждает устанавливать в опоре дополнительный радиально-упорный или упорный подшипник.
Особенностью этих подшипников является возможность их разборки в осевом направлении, благодаря чему внутренние кольца сажаются на шейки с натягом и при перевалках остаются на шейках.
Четырехрядные ПК с короткими цилиндрическими роликами используются для рабочих валков листовых, проволочных и сортовых станов и иногда – для опорных валков НШС.