Детали, сопряженные с подшипниками прокатных валков

Конструктивные мероприятия при посадке внутренних колец с зазором

При свободной посадке внутреннего кольца во избежание износа цапфа должна обладать минимальной твердостью. Существенное влияние на износ цапфы оказывает наличие смазки между отверстием внутреннего кольца и поверхностью цапфы. Если в течение всего времени работы обеспечивается безупречное смазывание, достаточно твердости 35–40 единиц по Шору. Случается, что вопреки распространенной практике при шлифовании валков подушки не снимаются и посадочный зазор между внутренними кольцами и цапфой валков не всегда заполняется свежей смазкой. В таких случаях в качестве вспомогательной меры было организовано обособленное смазывание цапфы. Такое смазывание настоятельно рекомендует организовать в случае с четырехрядными коническими роликоподшипниками со встроенными уплотнениями,
если подшипниковые опоры не демонтируются с цапфы в течение длительного времени. На боковых сторонах сопряженных с внутренним кольцом деталей необходимо предусмотреть канавки. Через эти канавки к боковым поверхностям подается смазка; по ним же смазка попадает в зазор между внутренним кольцом и цапфой. У некоторых подшипников на боковых поверхностях внутреннего кольца уже имеются такие канавки, благодаря чему отпадает необходимость в смазочных канавках у сопряженных деталей.

Подушки

Кольца подшипников прокатных станов, как правило, тонкостенные, поэтому для них необходима надежная опорная поверхность. В противном случае невозможно обеспечить восприятие высоких рабочих нагрузок. Хорошая опорная поверхность для наружного кольца подшипника предполагает исполнение подушек с достаточной жесткостью. Для подушек, изготовленных из стального литья с минимальным пределом прочности на растяжение 450 Н/мм2, достигается достаточная в общем случае жесткость, если при проектировании за основу берутся следующие формулы:

hA– толщина верхней,
hB–толщина боковой
hC– толщина нижней стенки подушки в мм,
d – диаметр отверстия в мм
D –наружный диаметр подшипника в мм.

В подушках, выполненных в соответствии с этими формулами, влияние деформации подушки на распределение нагрузки внутри подшипника, если нагрузка невысока, находится в допустимых пределах. При экстремально высоких нагрузках и при проектировании новых конструкций рекомендуется произвести проверочный расчет деформации подушки и ее влияния на подшипник. Такой расчет может быть выполнен в сжатые сроки при помощи разработанного фирмой FAG специального программного обеспечения. Деформация подушки рассчитывается энергетическим методом теории упругости, где подушка рассматривается как замкнутая сильно изогнутая балка с переменным диаметром сечения. Для того чтобы обеспечить плавность вращения валков и при прокатке были бы соблюдены допуски прокатываемого материала, зазор между подушками и окнами в станине должен быть минимальным; избегают запрессовки подушек в станину. С другой стороны, зазор должен быть достаточно большим, чтобы при рабочей температуре подушки не защемлялись в окнах. Это относится как к фиксированным в станине, так и к плавающим в станине подушкам. При расчете зазора следует учесть разность температур подушки и станины; при низких скоростях прокатки она составляет примерно 30 K, при высоких – примерно 50 K.

Опорные поверхности окон станины и подушек

Рекомендуемая величина зазора определяется суммой поля допуска H9 и различных тепловых расширений подушки и стана. Иногда из-за монтажа зазор должен быть выбран несколько большим. Опорные поверхности подушки, контактирующие со станиной и с нажимным винтом, должны иметь некоторую сферичность для достижения самоустанавливаемости подушки и соосности отверстия и цапфы валка. Таким образом обеспечивается равномерное распределение нагрузки по всей ширине подшипника в случае его неточного монтажа или при прогибе валков. Опорные поверхности должны быть закалены, чтобы при высоких нагрузках они не деформировались. При использовании многорядных подшипников конструктор прокатного стана должен стремиться к тому, чтобы нажимные шпиндели располагались над серединой радиальных подшипников. В противном случае нагрузка будет распределена между рядами роликов неравномерно. На плавность вращения валков оказывает влияние конструкция муфты. Плавность вращения валков достигается, например, за счет соединительных муфт, установленных на цапфу валка со стороны привода методом горячей запрессовки.

Конструкции уплотнений

Уплотнения должны предотвращать проникновение в подшипник охлаждающей жидкости, прокатной окалины и других загрязнений, а так же удерживать смазку в подшипнике. Конструкция уплотнений для отдельно взятого применения зависит от скорости прокатки, требований к эффективности уплотнений, свойств смазочного материала и рабочей температуры. В станах горячей прокатки подшипники должны быть защищены от проникновения воды и прокатной окалины. Эффективное уплотнение для прокатных станов с меньшими габаритами, осевое уплотнение отбрасывает попавшую воду. За ним следует заполненное смазкой лабиринтное уплотнение и два манжетных уплотнения. Во время эксплуатации в пространство между манжетными уплотнениями периодически добавляется консистентная смазка; таким образом, вода и окалина не могут попасть в подшипник. Эффективность уплотнений можно увеличить за счет установки дополнительных манжетных уплотнений. Дополнительную защиту от проникновения в подшипник воды дают желобки на наружной поверхности вращающейся части лабиринтного уплотнения. Вода скапливается в желобке-уловителе, который находится напротив в неподвижной части лабиринтного уплотнения и стекает вниз через дренажное отверстие. Расстояние между подшипником и валком обычно очень мало для того, чтобы минимизировать напряжения изгиба валка. Для установки уплотнений имеется небольшое пространство, из-за чего часто приходится размещать комбинированные уплотнения в радиальном направлении друг над другом. Часто вследствие высокой частоты вращения для уплотнения подшипников станов тонколистовой и проволочной прокатки не могут применяться манжетные уплотнения. В таких случаях организуют уплотнения по принципу поршневых колец или осевые уплотнения . Кромка осевого уплотнения при высокой частоте вращения приподнимается (не контактирует с рабочей поверхностью), то есть уплотнение не изнашивается и не происходит тепловыделения.

Как было упомянуто, существуют опоры, в которых внутреннее кольцо подшипника, а при некоторых условиях и внутреннее кольцо лабиринтного уплотнения устанавливается на цапфу со свободной посадкой . В этом случае в уплотнении нуждается не только доступ к полости подшипника (лабиринтом и манжетным кольцом), но и зазор между лабиринтным кольцом и цапфой. С этой целью устанавливается осевое уплотнение. В станах горячей прокатки с горизонтально расположенными валками со стороны привода и со стороны обслуживания устанавливаются уплотнения, работающие кромкой по бочке валка. Иначе обстоит дело при вертикальном расположении валков. Так как зазоры лабиринтного уплотнения должны быть направлены вниз по направлению стекающей воды, то лабиринтные уплотнения не могут располагаться зеркально. В станах горячей прокатки утечка смазочного материала из подшипника не вредит качеству прокатываемого материала. В станах холодной прокатки, напротив, необходимо предотвращать попадание смазки на прокатываемый материал и в прокатную эмульсию. Поэтому внутренние манжетные уплотнения устанавливаются таким образом, чтобы кромка была направлена против подшипника. Поверхности всех опор, по которым скользит кромка манжетных уплотнений, должны быть особо тонко обработаны. Во избежание повреждения уплотнений во время монтажа необходимо предусмотреть монтажные фаски. Требуется регулярное смазывание уплотнительных кромок. Обычно уплотнение со стороны бочки прокатного валка не доставляет никаких трудностей, тем более если на торце валка имеется крышка. Как правило, достаточно манжетного уплотнения, губка которого направлена против подшипника. В тех случаях, когда защитная крышка не предусмотрена, зачастую зеркально устанавливается второе манжетное уплотнение. Размеры манжетных уплотнений, осевых уплотнений и уплотнений по принципу поршневых колец, а также достижимая скорость скольжения и допустимая окружающая температура приведены в каталогах производителей уплотнений.