На рис. 1.7 изображен буксовый узел вагонет ки для обжига известняка. В автоклавах подшил ники подвергаются воздействию горячего пара npi температуре 573 К и под давлением 1,8 МПа. Подшипник должен быть хорошо защищен от проиим-новения щелочного конденсата, вызывающего коррозию. Коррозионно-стойкие покрытия поверхностей не обеспечивают срока службы в течение одного года. Проблема может быть решена выбором порошкообразного синтетического смазочного материала, который и при высоких температурах устойчив к воздействию почти всех агрессивных сред, не теряет смазочных свойств и не поглощает воду. Имеющийся в подшипнике порошок проникает во все зазоры и образует смазочную пленку между шариками и дорожками качения, между шариками и сепаратором, а также между наружным кольцом подшипника и посадочной поверхностью корпуса. Пленка на посадочной поверхности корпуса способствует свободному перемещению подшипника в корпусе. В связи с этим чрезмерный осевой натяг, который ведет к перегрузке подшипника, отсутствует. Порошок служит не только смазочным материалом, но и уплотняющим веществом, так как проникает в уплотнительные стыки. Подшипники термически обработаны и имеют увеличенный радиальный зазор (200...250 мкм). Буксовые узлы спроектированы для двухосной вагонетки массой 3,5 т. Уплотнение на оси состоит из двух графитоас-бестовых колец. Под фланец крышки подложена асбестовая шайба.
На рис. 1.8, а представлены опорные ролики конвейеров, вращающиеся на шариковых подшипниках. Для ленточного конвейера с тремя роликами на каждой опоре угол наклона внешних роликов к горизонтали 15°, расстояние между опорами вдоль конвейера 1,2 м, диаметр ролика 110 мм, масса 1 м ленты 25 кг,масса ролика 6 кг, скорость ленты 3 м/с. Ленточные конвейеры могут быть длиной в несколько километров. В них применяют дешевые шариковые подшипники. Родшк вращается вокруг неподвижной оси (внутренняя опора). Динамическая грузоподъемность подшипников составляет 10 кН, однако из-за сильного загрязнения, например в горнодобывающей промышленности, подшипники отказывают вследствие изнашивания. Ресурс роликов зависит от затрат на уплотнение и уход. Пластичный смазочный материал обычно закладывают на два года, затем ролики демонтируют для технического осмотра. На рис. 1.8, б приведены также варианты уплотнения роликов для сортировочного устройства, горного конвейера и конвейерной установки, транспортирующей бурый уголь.
На рис. 1.9 показаны подшипники опорного валка стана горячей прокатки. На линии горячей прокатки с семью клетями обжимают полосы шириной 600 мм с уменьшением толщины от 25 до 2 мм. Скорость прокатки
L последней клети 9 м/с, усилие обжатия 4...5 МН. Диаметр рабочей поверхности валка, равный 860 мм, уменьшается в процессе работы до 810 мм. Чтобы толщина подушки в наиболее слабом месте не оказалась меньше 25 мм, наружный диаметр подшипника не должен превышать 760 мм. Диаметр цапфы равен 530 мм. Так как пространство, отведенное для подшипников, ограничено в радиальном направлении, частота вращения велика и значительна радиальная нагрузка, на каждой цапфе устанавливают два двухрядных роликовых подшипника размерами 530x760x260 мм. Динамическая грузоподъемность каждого подшипника 6 МН. Осевая нагрузка воспринимается парой радиально-упорных шариковых подшипников, установленных по схеме "Х" слева, и одним шариковым подшипником, установленным справа. Внутренние кольца роликовых подшипников вращаются относительно линии действия силы, поэтому их посадка на вал тугая. Вследствие большего нагрева внутренних колец по сравнению с
С -
........
Рис 1.9
наружными уменьшается радиальный зазор. Сдвоенные шариковые подшипники имеют осевой зазор 250...4000 мкм. Смазывание осуществляют погружением в ванну с жидким смазочным материалом. Чтобы из подшипников не вытекало масло, а окалина и охлаждающая жидкость не проникали в подшипники, предусмотрено лабиринтное уплотнение.
На рис. 1.10 представлены подшипники промывного барабана. Масса барабана 60 т, диаметр 2100 мм, длина 7,5 м, мощность привода 100 кВт, частота вращения 9 мин". Барабан опирается на пустотелые цапфы, через которые загружают и выгружают сыпучий материал. Из-за большого расстояния между подшипниками было бы целесообразно применять самоустанавливающиеся роликовые подшипники. Однако они имели бы слишком большие габариты и чрезмерную долговечность, поэтому применяют цилиндрические роликовые подшипники с закругленным меридианом роликов. Осевая нагрузка воспринимается фасонными кольцами со стороны фиксирующего подшипника.
На рис. 1.11 изображена опора оптического телескопа, длина которого 8 м, масса 10 т. Диаметр зеркала 1 м. Вследствие малой частоты вращения вильчатой оси (1 оборот за 24 ч) момшт сопротивления ее вращению должен быть прежде всего постоянным и достаточно малым. Вилка должна быть ориентирована очень точно и жестко. В качестве фиксирующей опоры служит двухрядный радиально-упорный прецизионный шариковый подшипник с разъемным наружным кольцом. Подшипник имеет размеры 600X730X98 мм. Расстояние между обеими половинами наружного кольца должно быть выбрайо так, чтобы обеспечить усилие натяга, равное 35 кН. Плавающая опора выполнена в виде цилиндрического роликового подшипника. Несмотря на коническую форму вильчатой оси, ее прогиб настолько велик, что может приводить к увеличению трения в двухрядном подшипнике. Поэтому роликовый подшипник снабжен двумя эксцентричными кольцами, которые при монтаже вращают так, чтобы ликвидировать прогиб оси в месте расположения шарикового подшипника. Кроме того, для самоустановки меридиан дорожки внутреннего кольца роликового подшипника имеет форму дуги окружности с большим радиусом.
На рис. 1.12 представлена симметричная конструкция гиромотора с одним двигателем и составным маховиком. Такие констукции применяют в приборах, где требуются малые значения кинетических моментов, например, в интегрирующих и дифференцирующих поплавковых гиро-приборах и в гирокомпасах.
Приведенные примеры использования ПУ дают представление о разнообразии конструктивного исполнения, условий работы и требований к характеристикам. Для одних ПУ важна высокая долговечность, для других - высокая жесткость, точность вращения, стабильность момента сопротивления вращению или низкий уровень вибрации. Расчет характеристик ПУ требует системного подхода. Но возможна единая расчетная схема ПУ. Действительно, во всех примерах ПУ представляет собой ротор, опирающийся на один, два или несколько подшипников, установленных в
РИС. 1.12
корпусе. Вращаться может и корпус вокруг неподвижной оси, а у каждого подщипника вращающимся может быть как внутреннее, так и наружное кольцо, однако суть принципиальной расчетной схемы не меняется. Но даже для исследования такой простейщей расчетной схемы необходимо использовать уравнения теории упругости, динамики систем твердых тел, теории трения, смазки и изнашивания, механики разрушения и широко применять математические методы.
1.2. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ПОДШИПНИКОВОГО УЗЛА
Выше были рассмотрены различные примеры применения подшипников качения. Неизменным функциональным узлом описанных конструкций является ротор на подшипниках качения, число, расположение и тип которых могут быть различными. Для обеспечения необходимой жесткости во многих узлах создается предварительный осевой натяг. При этом осевые люфты в подшипниках выбираются по-разному: пружинами, шайбами, прокладками, с помощью крепления колец в упругие крышки и (или) упругой стяжкой, проходящей внутри полого ротора (рис. 1.13).
Общий вид узла представляет собой ротор на нескольких подшипниках качения (в книге будут рассмотрены в основном шарикоподшипниковые опоры). Наиболее распространенный узел - ротор на двух радиально-упорных шариковых подшипниках. Такой узел обладает достаточными радиальной, осевой и угловой жесткостями и способен воспринимать радиальную и осевую нагрузки, а также моменты. Угловая жесткость равна отношению поперечного момента системы сил (с равнодействующей, равной нулю), действующего на ротор, к углу перекоса оси ротора.
Каждый подшипник (см. рис. 1.13) состоит из наружного 1 и внутреннего колец, сепаратора 3 и комплекта шариков 2. Как правило, внутренние кольца неподвижно крепятся на роторе, а наружные закреплены в корпусе. Однако возможно крепление наружных колец и на роторе. Некоторые узлы выполнены по обращенной схеме, когда статор находится внутри ротора.
Кольца закрепляют на роторе различными способами: клеем, напряженной посадкой или на винтах. Если внутреннее либо наружное кольцо выполнено непосредственно на роторе, то опора называется совмещенной. Этот случай характерен для прецизионных шарикоподшипниковых узлов, поскольку позволяет избежать перекосов колец при посадке. В большинстве практически важных случаев крепление колец можно считать жестким, так как смещение тел в стыках пренебрежимо мало, хотя иногда
