2.3 Проектирование подушек

Подушки 3 (рис.2.3) должны обеспечивать надежную фиксацию валков относительно станин, перевалку в осевом направлении, если станины закрытого типа, равномерное распределение нагрузки по диаметру подшипников, размещение уплотнений, деталей механизмов осевой регулировки и фиксации. В некоторых случаях в подушках должны размещаться гидроцилиндры уравновешивания устройств противоизгиба или (и) дополнительного изгиба рабочих валков.

Ширина подушки В (рис.2.3) находится из условия свободного извлечения валков из проема станин при перевалках.

Рисунок 2.3 – Схема подушек валков дуо

Для этого размер В должен быть на 10÷100мм (в зависимости от раз-

меров клети) больше максимального диаметра бочек валков.

Высота подушки Н складывается из наружного диаметра подшипника D и высоты двух перемычек: верхней h_в и нижней h_н. Для более равномерного распределения нагрузки по диаметру подшипника рекомендуется размер h_в брать из соотношения:

,

где d – внутренний диаметр подшипника, равный диаметру шейки.

Высота нижней перемычки h_н обычно равна 0,1 h_в, но не менее технологически необходимой при обработке диаметра D на расточном станке.

Толщина подушек S снизу лимитируется шириной подшипника Т. Но обычно S > Т, т.к. в подушках нужно также разместить уплотнения. Поэтому окончательно размер S получается после конструктивной проработки всего узла.

У валкового комплекта кварто рабочие подушки размещаются в опорных и должны несколько выступать за их габарит (рис.2.4).

Н

D

Рисунок 2.4 – Подушки валков кварто

Лекция №3

1. Расчет подшипников качения на долговечность

Выбор ПК производится исходя из условий его работы: нагрузки, скорости, требуемой долговечности. Допускается установка двух двухрядных подшипников на одну шейку, но не более. Обычно для прокатных валков используются четырехрядные роликовые подшипники с коническими, цилиндрическими или бочкообразными роликами.

Наружный диаметр подшипника D ограничен диаметром бочки валка D_в, т.к. необходимо обеспечить установку валков «в забой», т.е. до их соприкосновения. Отсюда условие:

,

где − минимальный диаметр бочки после последней переточки;

с − минимально допустимая толщина стенки подушки в ненагруженной зоне подшипника. Равна 0,1h_верхн, где h_верхн – толщина верхней перемычки:

,

где d – внутренний диаметр подшипника;

Δ − половина минимального зазора между подушками в «забое». Зависит от размеров клети и может быть в интервале 1÷25мм.

Внутренний диаметр ПК зависит от его серии (особолегкая, легкая, средняя, тяжелая). Чем "тяжелее" серия, тем грузоподъемность подшипника выше, но меньше внутренний диаметр. Это ослабляет шейку и уменьшает жесткость всей валковой системы.

Выбор ПК рекомендуется вести по РТМ 24.010.14-73 "Под-

шипники качения для металлургического оборудования" или по справочнику Л.Перель "Подшипники качения".

Прежде всего определяется частота вращения подшипников. Если клеть дуо, то максимальная частота вращения рабочих валков:

, об/мин.

Если кварто: максимальная частота вращения опорных валков и подшипников:

, об/мин.

Выбирается тот номер подщипника данного типа, который допускает заданную частоту вращения (при густой или жидкой смазке). Затем находится эквивалентная нагрузка на один подшипник, под которой понимается такая радиальная нагрузка, которая эквивалентна совместному действию радиальной и осевой нагрузки. Рассчитывается эквивалентная нагрузка по формуле:

, кН

где Х, Y – коэффициенты, зависящие от номера подшипника (см. справочник);

F_r, F_a – радиальная и осевая нагрузка на подшипник. Если клеть листовая, то F_r = 0,5Р. Если сортовая – находится из расчета валка на равновесие в зависимости от калибровки. По данным ВНИИМЕТМАШ F_а/F_r примерно равно: а) для листовых дуо – 0,01;

б) для листовых кварто – 0,02;

в) для сортовых при прокатке симметричных профилей – 0,05;

г) для сортовых при прокатке несимметричных профилей – 0,10.

Долговечность в млн. оборотов равна:

, млн. об.

где С – динамическая грузоподъемность подшипника, кН (из справочника);

р – показатель степени, зависящий от типа подшипников. Для роликовых р = 10/3, для шариковых – 3.

Затем определяется долговечность в часах:

а) для дуо: , час;

б) для кварто: , час.

По существующим нормам долговечность желательна 7000час, но не менее 5000час.

Если выбранный подшипник не воспринимает осевую нагрузку, то узел опоры следует делать комбинированным, в котором один подшипник воспринимает только радиальную нагрузку, а другой – только осевую (рис.2.2):

В качестве воспринимающего осевую нагрузку обычно берется радиально-упорный двухрядный роликоподшипник.

Пример 1: выбрать подшипник для опорных валков клети кварто с D_оп = 1300мм при V_пр = 5м/с и Р_max = 12МН.

Наружный диаметр подшипника должен не превышать:

мм.

Поскольку размеры подшипника еще не известны, то принимаем с = 35 мм, Δ = 5 мм.

Устанавливаем подшипники радиально-упорные конические

четырехрядные № 10777/750 с параметрами:

1. Внутренний диаметр d = 750 мм;

2. Наружный диаметр D = 1220 мм;

3. Ширина Т = 840 мм;

4. Количество роликов – 26

5. Диаметр роликов – 117мм;

6. Длина роликов – 154мм;

7. Коэффициент динамической грузоподъемности С = 21,52МН;

8. Предельное число оборотов при густой смазке – 100об/мин;

Максимальная частота вращения рабочих валков:

об/мин.

Максимальная частота вращения опорных валков и подшипников:

об/мин.

Находим долговечность в млн. оборотов:

млн. об.

где Р_экв – эквивалентная нагрузка на оба подшипника. По [1]:

МН

Долговечность в часах:

ч.

Нормативной является долговечность 5 – 7 тыс. час. [1], расчетная долговечность составила ≈ 4500 ч. Такая долговечность несколько меньше нормативной, однако приходится идти на это, т.к. в справочнике отсутствуют другие подшипники соответствующего диаметра.

Преимуществом радиально-упорных подшипников является способность воспринимать осевую нагрузку. Поэтому опорный узел можно не делать комбинированным.

Пример 2: Выбрать радиально-упорный пошипник для восприятия осевой нагрузки. Исходные данные - предыдущего примера.

Осевая нагрузка на подшипник для клети кварто:

МН.

Требуемый коэффициент динамической грузоподъемности:

МН

Выбирает двухрядный радиально-упорный подшипник № 2097952 с параметрами:

1. Внутренний диаметр d = 260 мм;

2. Наружный диаметр D = 260 мм;

3. Ширина Т = 134 мм;

4. Коэффициент динамической грузоподъемности С = 0,866МН;

5. Предельное число оборотов при густой смазке – 630об/мин;

4. Расчет подшипников скольжения открытого типа.

Расчет ведется по допустимой удельной нагрузке:

,

где R – реакция на опоре; d – диаметр шейки; l_ш – длина шейки.

Допустимая удельная нагрузка: для текстолита и лигнофоля - 25÷30МПа, для лигностона – 16МПа. Долговечность этих подшипников не рассчитывается, т.к. зависит от условий эксплуатации.

Пример3: Проверить грузоподъемность текстолитового подшипника для условий примера №1.

МПа.

Для черновой клети такой подшипник бы подошел. Для чистовой, если ПК не проходит по скорости, нужно ставить ГДП.