Расчет нагрузки на подшипник прокатных валков

Каталог подшипников на сайте "Все о подшипниках"

Расчет нагрузки на подшипник прокатных валковНа сегодняшний день расчет сил прокатки чаще всего производится с помощью специального программного обеспечения. Существенное влияние на результаты расчетов оказывают вид прокатываемого материала и вид прокатки (ленточная или профильная), а также программа прокатки. Действительные значения сил прокатки существенно разнятся с расчетными значениями, если действительная программа прокатки не соответствует принятой при проектировании. К тому же ударные нагрузки, возникающие при подаче материала в валки, учитываются лишь ориентировочно. Сила прокатки на начальном этапе может быть вдвое выше, чем при нормальном режиме работы. Максимальное значение усилий прокатки на данном этапе зависит от формы прокатываемого материала в конце процесса. Пиковая нагрузка, возникающая при подаче материала в валки, возникает лишь кратковременно. При расчете долговечности она в общем случае не учитывается. Тем не менее нельзя не принимать во внимание тот факт, что долговечность подшипников качения (из-за усталости материала) очень часто существенно снижается как раз из-за таких нагрузок. Распределение сил прокатки между обеими опорами зависит от конструкции прокатного оборудования и от вида прокатываемого материала.

Самоустанавливающиеся подушки

Подушки прокатных станов устанавливаются в станинах независимо друг от друга. Силы прокатки передаются в станину через нажимной механизм (упорные конические роликоподшипники) со сферической опорной поверхностью. За счет сферичности опорных поверхностей подушка может принимать то положение цапфы, которое обусловлено прогибом и погрешностью установки валков. Тем самым обеспечивается равномерное распределение нагрузки между рядами роликов многорядных подшипников. Прокатываемый материал симметрично проходит между опорами, при этом на каждый подшипник действует сила 1/2× Pw.  Fr= 1/2× Pw

Профильная прокатка

Различают валки с различными калибрами (например, блочная прокатка) и с одинаковыми калибрами (например, проволочная прокатка). Для валков с различными калибрами для каждого калибра в отдельности при помощи таблиц прокатки рассчитываются временные интервалы и силы прокатки. Отсюда можно получить нагрузку обеих цапф. Расчет долговечности производится по средней нагрузке самой тяжелонагруженной цапфы. При прокатке с одинаковыми калибрами нагрузки на каждую цапфу можно рассчитать из таблицы прокатки. Также для наиболее нагруженных цапф можно использовать следующие приближенные значения:

Одноручьевая прокатка:     макс. нагрузка на цапфу: Fr= 0,67 × Pw

Двухручьевая прокатка:     макс. нагрузка на цапфу: Fr= 1,1 × Pw

Четырехручьевая прокатка:  макс. нагрузка на цапфу: Fr= 2,0 × Pw

Pw = сила прокатки от одной прокатной жилы

Жестко закрепленные подушки

Два подшипника валка находятся в корпусах, жестко связанных друг с другом. Смещения цапф, прогибы валков или угловые перекосы результируются в перекос подшипниковых колец в противоположных друг другу направлениях. Это никак не повлияет на подшипники и процесс расчета в том случае, если опоры валков реализованы на сферических роликоподшипниках. В случае с двухрядными или многорядными цилиндрическими роликоподшипниками необходимо учитывать неравномерность распределения нагрузки между рядами роликов. С помощью разработанного фирмой FAG метода расчета прогиба валков можно вычислить нагрузку для каждого ряда роликов отдельно. При этом необходимо удостовериться, что наиболее нагруженный ряд роликов обладает достаточной расчетной долговечностью. Конструкции с фиксированными подушками обычно применяются при профильной прокатке. Верхняя и нижняя подушки прижаты друг к другу силой натяга, что делает невозможным их самоустановку. Кроме прогиба валков также может происходить и смещение обеих подушек относительно оси валков. В оборудование данной конструкции обычно устанавливаются сферические роликоподшипники. Если в конструкции не предусмотрен упорный подшипник, то в расчете эквивалентной нагрузки подшипника фиксированной опоры необходимо учитывать осевую силу.

Подшипники валков с консольным закреплением

Для прокатного оборудования для изготовления профилей и проволоки с небольшой площадью поперечного сечения выбираются валки с возможным наименьшим диаметром. Часто применяются обкатные диски, закрепленные в опорах консольно. При использовании многорядных подшипников реакции опор должны быть рассчитаны исходя из кривой прогиба валков. Тем самым можно оценить долговечность наиболее нагруженного ряда роликов. Сила прокатки распределяется на обе опоры следующим образом:

FrA=Pw*(a+b)/b                                                                    FrB=FrA-Pw

Расчет прогиба валков и распределение нагрузки в подшипниках качения 

Компьютерная программа Bearinx® позволяет рассчитать прогибы упругих валков в опорах, обладающих конечной жесткостью под любой заданной нагрузкой. Как результат расчета в числовой и графической форме отображаются реакции опор, распределение нагрузки внутри подшипников, эквивалентные напряжения валов и другие важнейшие параметры.

Кроме того, могут быть учтены следующие факторы

  • жесткость гладких и ступенчатых, полых и сплошных валков из любых материалов; деформации от поперечных сил;
  •  нагрузки на вал, результирующиеся из сил прокатки и изгибающих моментов или от внешних сил, действующих на подшипники;
  • нелинейный характер жесткости подшипниковых опор с учетом особенностей геометрии подшипника, осевой зазор, профили тел качения и дорожек качения, а также особые условия восприятия нагрузок;
  • задание и расчет любого количества режимов нагружения (комбинаций «нагрузка – частота вращения»).

Результатом расчета являются следующие данные

Отклонение и прогиб оси валка в любой координате, распределение поперечных сил и изгибающих моментов, напряжений, сил реакций опор, деформаций подшипниковых опор, распределение нагрузок внутри подшипников и распределение напряжений в пятне контакта отдельных тел качения. На основании рассчитанных напряжений отдельно взятых пятен контакта качения в программе Bearinx® с повышенной точностью рассчитывается срок службы подшипников.

Пример расчета изгиба валка и распределения нагрузки в подшипниках качения

Предметом расчета являются рабочие и опорные валки четырехвалкового стана холодной прокатки.

Нагрузка: Сила прокатки Pw = 8000 кН

При вводе исходных данных описывается форма валка. Сила прокатки может быть задана как равномерно распределенная нагрузка, так и может быть разложенной на силы, произвольно действующие на бочку валка по всей ширине прокатываемого материала. Подушки прокатного стана рассматриваются как система, которой воспринимаются силы и / или моменты. Учитывается способность подушек к самоустановке. В качестве опор валков выбираются цилиндрические и конические подшипники FAG с нелинейной упругостью.

»crosslinked«


Похожие статьи
Если Вы читаете статью "Расчет нагрузки на подшипник прокатных валков", то Вас могут заинтересовать другие статьи, такие как- « », « » , кроме того, Вы всегда можете подписаться на нашу ленту новостей

Комментарии закрыты.