Нижнюю часть подушки нижнего валка и верхнюю — верхнего валка выбирают по конструктивным соображениям весьма массивными и ввиду их работы на сжатие, на прочность не рассчитывают.
Подвеска верхнего валка и обе подушки среднего работают на изгиб и должны быть рассчитаны как балки, свободно лежащие на двух опорах с сосредоточенной нагрузкой посредине.
Пренебрегая весом валка ввиду его незначительности по сравнению с давлением (на одну шейку), получаем максимальный изгибающий момент для подушек:
(336)
где — давление от прокатываемого металла на подушку;
— расстояние между серединами опор подушек.
Для подвески, имея в виду, что на одну подвеску действует сила , получаем:
(337)
Условие прочности на изгиб для подушки и подвески:
(338)
Фиг. 309. Устройство фирмы Демаг для боковой установки подушек
где а — толщина подушки или подвески;
— ширина подушки или подвески.
Толщина подушки согласно уравнениям (337) и (338):
(339, а)
подвески:
(339, б)
где = 600 900кг/см для стального литья;
|
|
= 900 1300кг/см для кованой стали.
Болты напряженного состояния, удерживающие подвеску, рассчитываются на растяжение [158]:
(340)
где — диаметр внутренней резьбы болта;
— вес валка;
—допускаемое напряжение на растяжение, равное для стали 550—850 кг/см .
ПРИМЕР РАСЧЕТА ПОДШИПНИКОВ МОРГОЙЛ ДЛЯ ОПОРНЫХ ВАЛКОВ
ПРОКАТНОГО СТАНА
Исходные данные для расчета (фиг. 310):
наружный диаметр втулки (рукава) подшипника = 900 мм;
длина втулки = 800 мм.
Удельное давление
Толщина масляной пленки в наиболее узком месте при наличии жидкостного трения должна быть не меньше 0,001 см.
Для определения минимальной величины масляной пленки необходимо знать стрелу прогиба цапфы валка и величину неровностей трущихся поверхностей.
Стрела прогиба; цапфы валка определяется по формуле:
где
- напряжение от изгиба (975 кг/см ).
Следовательно:
Фиг. 310. Эскиз подшипника Моргойл: 1— втулка с баббитовой заливкой; 2 — коническая втулка; 3 —упорное кольцо; 4 — валок
Точность обработки (высота гребешков) для шлифованной и полированной поверхности по данным проф. Саввина составляет 0,002 мм. Для алмазной расточки обоймы неровность поверхности принимаем 0,008 мм, тогда
Принимаем = 0,0025 см.
Для смазки подшипника выбираем машинное масло Л с вязкостью по Энглеру при = 50°; 0,0027 кг*сек/м .
Число оборотов опорного валка п = 50 об/мин.
Пои конструировании подшипника возникает вопрос о выборе величины зазора между цапфой и вкладышем. При поверочных расчетах искомой величиной может быть допускаемое удельное давление, число оборотов или выбор сорта смазки. В данном случае расчет ведется на определение зазора.
|
|
Зазор
где — внутренний диаметр обоймы;
— наружный диаметр втулки;
—неровности обработки втулки;
— неровности обработки обоймы.
Отношение толщины слоя смазки в наиболее узком месте к зазору для обычных в практике пределов колеблется от 0,025 до 0,25; при потери на трение минимальные.
Положение оси цапфы во вкладыше подшипника определяется величиной Ф, которая по Гюмбелю равна (Ретшер, т. II, стр. 77):
При указанном соотношении величина Ф = 1,04 .
Тогда
откуда
В данном случае зазор
С другой стороны, исходя из предыдущих рассуждений, при оптимальное значение получается:
По Фальцу величина зазора при ходовой посадке вращающейся цапфы и обычной степени шероховатости определяется следующей эмпирической, формулой:
Таким образом величина зазора, подсчитанная по приведенным формулам, колеблется от 0,006 до 0,017 см и в среднем составляет 0,01 см (для диаметра 900 мм).
Наибольший диаметр, для которого еще установлены допуски, это диаметр в 500 мм. При ходовой посадке имеем следующие зазоры:
откуда можно сделать вывод, что требования, предъявляемые к обработке подшипников Моргойля, весьма высокие.
Работа трения в подшипнике:
Потеря мощности на трение, не считая потерь в аксиальных кольцах:
Вторым, кроме величины зазора, решающим фактором, обеспечивающим жидкостное трение и нормальную работу подшипника, является подача смазки и ее циркуляция через подшипник при определенном давлении и в количестве, достаточном для поддержания принятой рабочей температуры.
Ниже приводится расчет требуемого количества смазки, составленный по методике, разработанной Фальцем в его книге «Основы смазочной техники».
Температура масла в подшипнике при наличии естественного охлаждения:
где р — давление на подшипник, равное 1 250 000 кг;
п — число оборотов цапфы, равное 50 об/мин;
— характеристика вязкости масла:
а — коэффициент лучеиспускания подшипника по Лаше, равный 1.
— температура окружающего воздуха, равная 20°.
Так как по расчету температура подшипника не должна превышать 50° (по американским расчетам температура таких подшипников принимается в пределах 38—40°), следует предусмотреть искусственное охлаждение подшипника и определить качество нагнетаемого масла.
Количество тепла , которое должно быть отведено с каждого квадратного метра рабочей поверхности подшипника помощью искусственного охлаждения, определяется как разность между теплотой трения, выделяемой 1 м поверхности цапфы , и удельной отдачей тепла подшипником в окружающую среду :
Количество масла, необходимое для охлаждения подшипника:
где — температура масла, входящего в подшипник.
Масло подается и отводится от подшипника через отверстия, расположенные в наименее нагруженных его частях (т. е. на уровне горизонтальной оси) при помощи гибких шлангов. Это давление по указанию фирмы «Места» для аналогичных, но меньшего размера подшипников (фиг. 310) составляет около 1 ат.
Для данного примера ориентировочная величина давления определяется исходя из удвоенного зазора по формуле:
откуда