Роликовые подшипники

Роликовые подшипники сыграли большую прогрессивную роль в появлении новых систем станов (сортовые непрерывные станы, тонколистовые, холодной прокатки и т. д.) и новейших типов вспомогатель­ного оборудования.

Основными типами роликовых подшипников следует считать под­шипники с цилиндрическими, сферическими, коническими и витыми роликами.

а) Подшипники с цилиндрическими роликами бывают открытого, полузакрытого и закрытого типа, причем изготовляются с короткими и длинными роликами, предназначаясь в обоих случаях для радиаль­ных нагрузок.

По данным Купера [148], благодаря большей площади соприкос­новения с кольцом, напряжения, испытываемые материалом ролика,1 равны 70—95% от напряжений, испытываемых материалами шарика при одинаковых диаметрах, а большая устойчивость роликовых под­шипников против толчков и внезапных нагрузок позволяет им выдерживать усилия на 50—200% большие, чем выдерживают шариковые при тех же размерах.

Оси роликов должны быть параллельны оси подшипника, иначе ролики подвергнутся изгибающим усилиям. Таким образом правильное изготовление подшипника, точная его установка, и надлежащая посад­ка гарантируют возникновение дополнительных вредных усилий, вызы­ваемых перекосом подшипника.

Открытый тип подшипника обычно бывает с заплечиками на внут­реннем кольце (фиг. 254, а) или на наружном (фиг, 254, б), причем в обоих случаях другая поверхность катания (в первом случае—наружная, во втором — внутренняя) делается открытой, слегка выпуклой сферической формы с радиусом, равным двойному внутреннему диаметру наружного кольца. Оба типа подшипников осевых нагрузок не допускают и не препятствуют продольному перемещению вала.

Фиг. 253. Радиально-упорные подшипники: однорядные (а), двух­рядные (б), однорядные с четырьмя точками ка­сания (в) и двухрядные специальные с различ­ным положением шари­ков и размерами их диа­метров (г)

Фиг. 254. а и б — роликовые подшипники: открытого типа с заплечиками на внутреннем кольце (а) и наружном (б); в и г—полуза­крытого типа, имеющие на открытой цилин­дрической поверхности катания заплечики на наружном кольце (в) и внутреннем (г); д, е, ж - закрытого типа, имеющие на наружном кольце (д) или внутреннем (е) по одному заплечику, а также съемные кольцевые шай­бы, являющиеся иногда приставными (ж)

Полузакрытый тип подшипника, в отличие от предыдущего (от­крытого), на открытой цилиндрической поверхности имеет заплечики с одной стороны на наружном (фиг. 254, в) или внутреннем кольце (фиг. 254, г), что препятствует одностороннему осевому смещению вала.

Закрытый тип подшипника, имеющий на наружном (фиг. 254, д) или внутреннем кольце (фиг. 254, е и ж) по одному заплечику, кроме того снабжен съемной кольцевой шайбой, являющейся иногда при­ставной (фиг. 254, ж) и фактически образующей второй заплечик, препятствующий двухстороннему осевому смещению вала.

б) Подшипники со сферическими роликами бывают однорядные, двухрядные и четырехрядные, причем все они изготовляются самоустанавливающимися; по сравнению с подшипниками, имеющими цилин­дрические ролики, могут выдержать нагрузку на 25—30% больше.

Однорядный самоустанавливающийся подшипник (фиг. 255, а) имеет ролики бочкообразной формы и внутреннее кольцо с двумя направляющими заплечиками.

Радиус кривизны наружного кольца немного больше радиуса кри­визны роликов, причем центр внутренней поверхности наружного коль­ца находится на оси подшипника, что способствует возможности его самоцентрирования.

Двухрядный сферический подшипник (фиг. 255, б) состоит из двух рядов бочкообразных роликов, расположенных наклонно к оси подшипника; их. соприкосновение с поверхностью катания внутреннего кольца осуществляется по линии, наружного кольца приближается к точечному, благодаря тому, что радиус кривизны поверхности наруж­ного кольца больше радиуса кривизны ролика. Ролики в осевом сече­нии не симметричны, а слегка сужены к внешней стороне, что умень­шает возможность их перекашивания.

Четырехрядный сферический подшипник (фиг. 255, в) или два двухрядных качающихся подшипника фирмы , из которых один помещен непосредственно на конусообразной части шейки опорного валка стана холодной прокатки, тогда как другой — на съемной втулке. Посадка такого подшипника осуществляется клином, про­водящим, через шейку.

Наружный подшипник устанавливается при помощи вспо­могательного кольца 1, применяемого- вместо втулки (фиг. 255, г), или двух вспомогательных колец 2 и 3 (фиг. 255, д).

Фиг. 255. Подшипники со сферическими роликами; однорядный (а), двухрядный (б), четырехрядный (в), с одним (г) или двумя вспомогательными кольцами (д)

Для предотвращения вредных сопротивлений и обеспечения нор­мального качения, касательные в точках соприкосновения роликов с поверхностью катания обоих колец должны пересекаться на оси подшипника в точке (фиг. 256, а). Силы, действующие в подшипни­ке, уравновешиваются в том случае, если направление составляющей внешней радиальной нагрузки а действует перпендикулярно к поверх­ности катания наружного кольца и проходит через центр подшипника ; реакция в внутреннего кольца, перпендикулярная его поверхности ка­тания и проходящая через точку , и реакции с со стороны ребра внутреннего кольца— пересекутся в одной точке О. К этому необхо­димо добавить, что — центр подшипника и одновременно радиуса кривизны катания наружного кольца, — центр кривизны внутреннего кольца и нижней образующей, е — центр кривизны верхней образую­щей ролика.

Все ряды роликов (два, четыре) должны быть тщательно обрабо­таны и полностью симметричны, иначе значительно понизится способ­ность подшипника к восприятию высоких давлений.

в) Подшипники с коническими роликами подобно сферическим бывают однорядные, двухрядные и четырехрядные, воспринимающие как радиальные, так и осевые нагрузки.

Однорядные подшипники с коническими роликами воспринимают только односторонние осевые нагрузки.

Правильная работа подшипника осуществляется точностью сопри­косновения роликов по всей их длине с коническими поверхностями катания обоих колец (наружного и внутреннего) таким образом, чтобы вершины последних и всех роликов сходились в одной общей точке на оси подшипника (фиг, 256, б).

Способность самоустанавливаться подшипники с коническими ро­ликами приобретают благодаря незначительной выпуклости поверх­ности внешнего кольца.

Конические ролики под действием нагрузки благодаря своей фор­ме прижимаются широкими торцами к опорному заплечику внутрен­него кольца, причем конструкции опорного торца конических роликов и наклон конической поверхности заплечика внутреннего кольца у под­шипников разных фирм различны. У подшипников фирмы Тимкен (фиг. 257, а) торцы плоские, перпендикулярные оси роликов, кониче­ские поверхности имеют наклон внутрь подшипника; другие амери­канские и европейские фирмы (фиг. 257, б) опорную часть торцевой поверхности ролика и заплечика внутреннего кольца делают перпен­дикулярными к оси подшипника; итальянская фирма РИВ (фиг. 257, в) выпускает подшипники, опорная поверхность торца кото­рых образует с их осью угол около 75°.

Фиг. 256. Распределение сил, действующих на ролики:

а — сферического подшипника; б — конического

подшипника

Двухрядные подшипники с коническими роликами (фиг. 258, а, б, в) в отличие от однорядных, могут воспринимать наряду с радиальными двухсторонние осевые нагрузки; кроме того, они предназначены для значительно больших давлений и являются вообще подшипниками более тяжелого типа.

Фиг. 257. Различные устройства опорных торцов конических роликов

Четырехрядные подшипники с коническими роликами (фиг. 258, г) фирма Тимкен изготовляет из двух частей, связанных между собой через средние ролики (конусность направлена к середине) с наружным цельным кольцом, тогда как ролики крайних рядов, имеющие конусность, направленную вне подшипника, связаны каждый с внутренним кольцом каждой из отдельных частей подшип­ника и с обособленными наружными кольцами.

Для большей наглядности соответственно схемам подшипников (фиг. 258, а, б, в, г) приводим в той же последовательности их кон­струкции (фиг. 259, а, б, в, г).

Наиболее сложной из приведенных является конструкция четы­рехрядного подшипника (фиг. 258, г и 259, г), поэтому сборка его пред­ставляет большие трудности и требует определенной последователь­ности.

Фиг. 258. Схемы конструкций двухрядных подшипников Тим­кен с коническими роликами, с разделенным наружным коль­цом (а), цельным (6) и имеющим отверстие (в), и четырех­рядного подшипника (г)

Фиг. 259. Конструкция двухрядных (а, б, в) и четырехрядного (г) подшипника Тимкен с коническими роликами

Прежде всего наружное кольцо устанавливается в подушку; затем собирается двойной корпус ЕС, причем небходимо проследить, чтобы торец Е вошел в соответственное ему гнездо. После монтажа узла следует установка кольца . Далее идет укрепление рас­порки СС и второго двойного конуса СА в собранном виде, с правиль­ным размещением торца С.

После установки узла АС монтажом наружного кольца АВ закан­чивается в основном сборка подшипника. Сборка завершается установ­кой буртиков или упорных шайб, уплотнений и наружной крышки или пластины.

В остальных конструкциях (фиг. 258, а, б, в и 259, а, б, в) сбор­ка подшипника производится значительно проще, причем последняя из них (фиг. 258, в и 259, в) имеет взаимозаменяемые части.

г) Подшипники с витыми роликами отличаются от предыдущих тем, что ролики у них гибкие, полые, цилиндрической формы. Под­шипники с витыми роликами благодаря своей гибкости меньше подвержены излому при перекашивании, чем сплошные цилиндрические, кроме того лучше выдерживают внезапные толчки и повышенные на­грузки, но величина нагрузок, разрушающих ролики, по данным Ку­пера [148], изменяется обратно пропорционально диаметру отверстия ролика.

Подшипники с витыми роликами можно разделить на конструкции: со спиральной навивкой длинных (фиг. 260, а) и коротких (фиг. 260, б) роликов, но без колец; с наличием одного наружного (фиг 260, в), наружного и внутреннего колец (фиг. 260, г) с двумя рядами витых роликов (фиг. 260, д); с роликами, имеющими форму полых удлиненных цилиндриков, сидящих на стержнях и имеющих не­разрезанное (фиг. 261, а) и разрезанное наружное кольцо (фиг. 261, б) и, наконец, с короткими полыми цилиндриками, наличием одного (фиг. 2(у, в) или двух колец и боковых шайб (фиг. 261, г).

Фиг. 260. Подшипники со спиральной навивкой: длинных (а) и коротких роликов (б); с одним

наружным кольцом (в), наружным и внутренним кольцами (г), с двумя рядами витых роликов (д)

Фиг. 261. Подшипники с роликами, имеющи­ми форму: удлиненных полых цилиндриков с неразрезным кольцом (а) и разрезным (б); с короткими цилиндриками-роликами и нали­чием одного (в) и обоих колец и боковых шайб (г)

В подшипниках со спиральной навивкой длинных (фиг. 260, а) и коротких роликов (фиг. 260, б), последние (ролики) имеют правую и левую навивку и вперемежку помещаются в сепараторе, состоящем из двух шайб, связанных между собой распорками, на которых и си­дят гибкие ролики. У этих подшипников колец нет.

Подшипники с одним наружным кольцом (фиг. 260, в), с наружным и внутренним (фиг. 260, г) более тяжелого типа и способны выдержи­вать значительно большие нагрузки. Еще большие нагрузки может допустить подшипник с двумя рядами витых роликов (фиг. 260, д).

Остальные конструкции подшипников относятся к более легким типам и предназначаются для значительно меньших нагрузок.

Необходимо отметить широкое внедрение на рольгангах прокатных станов подшипников с витыми роликами, изготовляемых американской фирмой Хаит.