Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Профилировочные станы представляют собой высокопроизводительное оборудование для изготовления гнутых профилей методом последовательного формоизменения полос в валках. Валковые узлы профилировочных станов работают в условиях значительных радиальных и осевых нагрузок, требуя применения подшипников с высокой жесткостью и точностью установки.
Конические роликовые подшипники серий 32000 и 33000 производства SKF обеспечивают необходимую жесткость валковых узлов благодаря возможности создания регулируемого преднатяга. Правильная установка преднатяга позволяет минимизировать осевые зазоры, повысить точность профилирования и увеличить срок службы подшипникового узла.
Конические роликовые подшипники имеют разборную конструкцию, состоящую из следующих основных элементов:
Внутреннее кольцо с конической дорожкой качения и направляющим бортом, которое вместе с сепаратором и роликами образует внутренний узел подшипника. Внутреннее кольцо устанавливается на вал с натягом и фиксируется осевым упором.
Наружное кольцо с конической дорожкой качения, которое устанавливается отдельно в корпус. Разборная конструкция существенно облегчает монтаж и демонтаж подшипника.
Конические ролики установлены между кольцами под углом к оси подшипника. Образующие конусов роликов и дорожек качения сходятся в одной точке на оси подшипника, что обеспечивает правильное качение с минимальным трением.
Сепаратор штампованной конструкции удерживает ролики на равном расстоянии друг от друга и направляет их движение.
Конические подшипники воспринимают радиальную нагрузку Fr и осевую нагрузку Fa одновременно. При действии радиальной нагрузки возникает осевая составляющая, которая прижимает ролики к направляющему борту внутреннего кольца.
Способность подшипника воспринимать осевую нагрузку увеличивается с увеличением угла контакта α. Для метрических подшипников стандартных серий угол контакта составляет приблизительно 10-20 градусов в зависимости от серии.
Серия 32000 относится к подшипникам средней серии ширин и предназначена для применения в узлах с умеренными осевыми нагрузками. Подшипники этой серии характеризуются оптимальным соотношением грузоподъемности и габаритных размеров.
Где: d - внутренний диаметр, D - наружный диаметр, T - ширина внутреннего кольца, C - динамическая грузоподъемность, C0 - статическая грузоподъемность.
Серия 33000 имеет увеличенную ширину по сравнению с серией 32000, что обеспечивает повышенную грузоподъемность при тех же присоединительных размерах. Эти подшипники рекомендуются для узлов с повышенными осевыми нагрузками.
Преднатяг представляет собой заранее заданное осевое усилие, прикладываемое к подшипнику с целью устранения внутренних зазоров и повышения жесткости подшипникового узла. В валковых узлах профилировочных станов применение преднатяга является обязательным требованием для обеспечения необходимой точности профилирования.
Повышение жесткости узла. Устранение осевых и радиальных зазоров обеспечивает равномерное распределение нагрузки на все ролики подшипника, что увеличивает жесткость валкового узла на 30-50% по сравнению с установкой без преднатяга.
Улучшение точности вращения. Преднатяг минимизирует радиальное и осевое биение вала, что критично для профилировочных станов, где требуется высокая точность геометрических размеров изготавливаемых профилей.
Предотвращение проскальзывания. При знакопеременных нагрузках преднатяг исключает проскальзывание роликов по дорожкам качения, предотвращая образование вмятин и увеличивая срок службы подшипника.
Снижение шума и вибрации. Устранение зазоров уменьшает ударные нагрузки между элементами подшипника, снижая уровень шума и вибрации при работе.
Осевая жесткость подшипникового узла Ka прямо зависит от величины преднатяга F0. Исследования показывают, что увеличение преднатяга от 0 до оптимального значения повышает осевую жесткость валковых узлов от 30-60 кН/мм до 150-200 кН/мм.
Рекомендуемый преднатяг для валковых узлов профилировочных станов составляет 0,01-0,015 от динамической грузоподъемности подшипника.
Схема X (спина к спине). Наиболее распространенная схема для профилировочных станов. Подшипники установлены узкими торцами внутренних колец друг к другу. Регулировка преднатяга осуществляется на расстоянии De между наружными кольцами с помощью распорных втулок или регулировочной гайки.
Схема X обеспечивает максимальную жесткость узла и оптимальна для восприятия опрокидывающих моментов. Расстояние между центрами приложения нагрузки максимально, что улучшает стабильность вала.
Схема O (лицом к лицу). Подшипники установлены широкими торцами внутренних колец друг к другу. Применяется реже, в основном в узлах с колебаниями температуры, так как тепловое расширение вала не изменяет величину преднатяга.
Исходные данные: Валок профилировочного стана диаметром 120 мм, длиной рабочей части 500 мм. Радиальная нагрузка на опору Fr = 15 кН.
Выбор подшипников: Устанавливаются два подшипника 32020 X по схеме X.
Расчет преднатяга: Для обеспечения требуемой жесткости валка рекомендуемый преднатяг F0 = 0,01 × C = 0,01 × 185 = 1,85 кН.
Регулировка: Преднатяг создается за счет осевого перемещения наружных колец подшипников с помощью регулировочных прокладок или гайки с последующим контролем момента вращения.
Правильная регулировка преднатяга является критически важной операцией при монтаже подшипниковых узлов валков профилировочных станов. Недостаточный преднатяг не обеспечит требуемой жесткости, а чрезмерный приведет к перегреву и сокращению срока службы подшипника.
Метод с использованием регулировочных прокладок. При сборке узла между торцом подушки и наружным кольцом подшипника устанавливают набор металлических прокладок различной толщины. Удаление прокладок уменьшает осевой зазор и создает преднатяг.
Последовательность регулировки: установить все детали с полным набором прокладок, измерить осевой зазор щупом или индикатором, рассчитать толщину прокладок для удаления, удалить расчетное количество прокладок, произвести окончательную сборку с контролем момента вращения.
Метод с использованием гайки. Внутреннее кольцо подшипника фиксируется на валу гайкой с шайбой. Затяжка гайки с контролируемым моментом создает требуемый преднатяг.
Регулировка выполняется в следующей последовательности: установить подшипники на вал, затянуть гайку до устранения зазора, провернуть вал несколько раз для правильной посадки роликов, довернуть гайку на расчетный угол, зафиксировать гайку стопорной шайбой, проконтролировать момент вращения.
Осевой зазор Ja и радиальный зазор Jr в коническом подшипнике связаны соотношением:
Ja = 1,25 × Y × Jr
где Y - осевой коэффициент подшипника (для серий 32000 и 33000 составляет 1,5-2,0).
При регулировке каждый поворот гайки на 60 градусов изменяет осевой зазор на 0,03-0,05 мм в зависимости от шага резьбы.
Измерение осевого смещения. Установить индикатор часового типа на торец вала, приложить осевое усилие 100-200 Н к валу в одном направлении, установить индикатор на ноль, приложить такое же усилие в противоположном направлении, зафиксировать показание индикатора. Смещение должно составлять 0,01-0,03 мм для правильно установленного преднатяга.
Контроль момента вращения. Наиболее надежный метод контроля. Момент вращения Mвр измеряется динамометрическим ключом или моментомером. Для подшипников 32020 X и 33020 рекомендуемый момент вращения при правильном преднатяге составляет 3-5 Н·м.
Контроль температуры при обкатке. После установки преднатяга необходимо провести обкатку узла на рабочих оборотах в течение 30-60 минут. Температура подшипников не должна превышать 60-70°C. Превышение температуры указывает на чрезмерный преднатяг.
Профилировочные станы предназначены для изготовления гнутых профилей различной конфигурации методом последовательной гибки полосы в валках. Процесс профилирования существенно отличается от прокатки - толщина заготовки практически не изменяется, деформация происходит за счет изгиба, а не обжатия.
Характер нагрузок. Валки профилировочных станов воспринимают комбинированные радиальные и осевые нагрузки. Радиальная нагрузка возникает от усилия гибки материала, осевая - от распора элементов профиля и реакции калибров.
Требования к жесткости. Прогиб валков под нагрузкой не должен превышать 0,15-0,20 мм для обеспечения точности размеров профиля. Это требование определяет необходимость применения подшипников с высокой жесткостью и преднатягом.
Консольные валки. В станах открытого типа рабочая часть валка является консольной, что создает изгибающий момент на подшипниковый узел. Конические роликовые подшипники с преднатягом оптимально воспринимают такие нагрузки.
Для более глубокого понимания особенностей применения подшипников в промышленном оборудовании рекомендуем ознакомиться со следующими материалами:
При выборе подшипников для профилировочных станов также рекомендуется рассмотреть альтернативные решения:
В профилировочных станах закрытого типа каждый валок опирается на два подшипника, установленных по схеме X. Преднатяг регулируется между наружными кольцами подшипников с помощью распорной втулки или набора прокладок.
Фиксация внутренних колец. Внутренние кольца подшипников устанавливаются на вал с натягом по посадке k6 или m6. С одной стороны кольцо фиксируется заплечиком вала, с другой - гайкой с шайбой.
Установка наружных колец. Наружные кольца устанавливаются в подушки с зазором по посадке H7. Регулировка преднатяга осуществляется изменением расстояния между торцами наружных колец.
Задача: Установить подшипники на валок профилировочного стана для производства С-образного профиля высотой 120 мм из стали толщиной 2 мм.
Решение: Расчетная нагрузка на опору Fr = 15 кН. Выбираются подшипники 32020 X с динамической грузоподъемностью C = 185 кН.
Установка: Внутренние кольца устанавливаются на вал диаметром 100 мм с натягом 30-40 мкм (посадка m6). Наружные кольца устанавливаются в подушки с зазором 20-30 мкм (посадка H7).
Регулировка: Преднатяг F0 = 2 кН создается удалением прокладок толщиной 0,15 мм между торцом подушки и наружным кольцом. Контроль: момент вращения Mвр = 4,2 Н·м, температура после обкатки 65°C.
Жесткость валковых узлов напрямую влияет на точность геометрических размеров изготавливаемых профилей. Недостаточная жесткость приводит к прогибу валков под нагрузкой, что вызывает отклонение размеров профиля от номинальных значений.
Применение конических роликовых подшипников с преднатягом обеспечивает осевую жесткость узла 150-200 кН/мм, что достаточно для производства профилей с допусками второго класса точности. Для сравнения, при установке подшипников без преднатяга жесткость снижается до 30-60 кН/мм.
Качество обработки посадочных поверхностей вала и корпуса критично для правильной работы подшипникового узла. Посадочные места должны соответствовать требованиям ГОСТ 3325-85.
Посадка на вал. Внутреннее кольцо конического подшипника в валковых узлах устанавливается с натягом для предотвращения проворачивания при реверсивных нагрузках. Рекомендуемые посадки: k6 для умеренных нагрузок, m6 для тяжелых условий работы.
Посадка в корпус. Наружное кольцо устанавливается с зазором по посадке H7, что обеспечивает возможность осевого перемещения при регулировке преднатяга и компенсацию теплового расширения.
Нагрев подшипника. Для облегчения монтажа внутреннее кольцо подшипника нагревают до температуры 80-100°C. Нагрев производится в масляной ванне или с помощью индукционного нагревателя. Недопустимо нагревание открытым пламенем или превышение температуры 120°C.
Запрессовка. При монтаже методом запрессовки усилие прикладывается только к запрессовываемому кольцу. Запрещается передавать усилие через тела качения, так как это приводит к образованию вмятин на дорожках качения.
Последовательность сборки узла: очистить все детали от консервационной смазки, проверить состояние посадочных мест, нанести тонкий слой смазки на посадочные поверхности, нагреть внутреннее кольцо до 80-100°C, установить кольцо на вал до упора в заплечик, охладить узел до комнатной температуры, установить наружные кольца в подушки, произвести регулировку преднатяга, зафиксировать регулировочную гайку или прокладки, проверить легкость вращения вала, заполнить подшипниковый узел смазкой.
Правильная смазка является критическим фактором долговечности подшипников. В валковых узлах профилировочных станов применяется консистентная или жидкая смазка в зависимости от условий работы.
Консистентная смазка. Для станов с периодической работой и средними скоростями вращения применяются литиевые смазки класса NLGI 2-3. Рекомендуемые смазки: Литол-24, Фиол-1, SKF LGMT 2.
Объем заполнения. Для подшипников в закрытых корпусах оптимальное заполнение составляет 30-40% свободного объема подшипникового узла. Избыточное количество смазки вызывает повышение температуры из-за повышенного сопротивления вращению.
Периодичность смазывания. При работе в нормальных условиях (температура до 70°C, отсутствие загрязнений) интервал смазывания составляет 2000-4000 часов работы. При повышенных температурах или загрязнении интервал сокращается до 500-1000 часов.
Вибродиагностика. Повышение уровня вибрации указывает на развитие дефектов подшипника. Контроль вибрации проводится портативным виброметром. Превышение среднеквадратичного значения виброскорости более 4,5 мм/с указывает на необходимость замены подшипника.
Температурный контроль. Нормальная рабочая температура подшипников составляет 50-70°C. Повышение температуры более 80°C указывает на проблемы: недостаточная или избыточная смазка, чрезмерный преднатяг, загрязнение, повреждение подшипника.
Признаки износа: повышение шума при вращении, неравномерное вращение с периодическими заеданиями, увеличение осевого люфта, повышение температуры, наличие металлических частиц в смазке.
В процессе эксплуатации преднатяг может изменяться из-за износа контактных поверхностей и температурных деформаций. Рекомендуется проводить контроль преднатяга каждые 1000-2000 часов работы.
Методика контроля: остановить стан и охладить подшипники до комнатной температуры, отвернуть контргайку, установить индикатор на торец вала, приложить осевое усилие 100-200 Н попеременно в обоих направлениях, измерить осевое перемещение, при превышении допустимого значения (более 0,05 мм) произвести регулировку.
Основное отличие серий 32000 и 33000 заключается в ширине подшипников. Серия 33000 имеет увеличенную ширину внутреннего кольца при одинаковых присоединительных размерах. Для подшипника с диаметром 100 мм серия 32020 X имеет ширину 32 мм, а серия 33020 - 39 мм. Увеличенная ширина обеспечивает на 13-16% большую динамическую и статическую грузоподъемность. Серию 33000 рекомендуется применять в узлах с повышенными осевыми нагрузками или когда требуется увеличенная жесткость без изменения присоединительных размеров.
Оптимальная величина преднатяга определяется из условия обеспечения требуемой жесткости валкового узла. Для профилировочных станов рекомендуемый преднатяг составляет 0,01-0,015 от динамической грузоподъемности подшипника. Например, для подшипника 32020 X с C = 185 кН преднатяг должен составлять 1,85-2,8 кН. На практике преднатяг контролируется по моменту вращения вала. Для подшипников диаметром 100 мм момент вращения при правильном преднатяге составляет 3-5 Н·м. Чрезмерный преднатяг приводит к перегреву, недостаточный - к снижению жесткости и повышенному износу.
В процессе работы температура подшипников повышается с комнатной (20°C) до рабочей (60-80°C). Тепловое расширение стального вала больше, чем расширение стального корпуса, что приводит к увеличению преднатяга. При схеме установки X увеличение преднатяга может составлять 10-15% на каждые 10°C повышения температуры. Если начальный преднатяг установлен без учета теплового расширения, при выходе на рабочий режим он может стать чрезмерным, что вызовет перегрев подшипников и их преждевременный выход из строя. Поэтому начальный преднатяг должен быть на 10-15% меньше расчетного рабочего.
Оба метода имеют свои преимущества. Регулировка прокладками обеспечивает более стабильный преднатяг в процессе эксплуатации, так как исключается самопроизвольное изменение настройки. Этот метод предпочтителен для тяжелонагруженных узлов с вибрацией и реверсивными нагрузками. Регулировка гайкой проще в исполнении и позволяет быстро изменять преднатяг при периодическом обслуживании. Этот метод применяется в узлах средней нагруженности. В профилировочных станах чаще применяют регулировку прокладками для подшипников больших размеров и гайкой для малых и средних размеров.
Периодичность контроля преднатяга зависит от условий работы. Для профилировочных станов рекомендуется проводить контроль каждые 1000-2000 часов работы или раз в 3-6 месяцев при интенсивной эксплуатации. Внеплановый контроль необходим при появлении признаков нарушения регулировки: повышение шума и вибрации, повышение температуры подшипников, появление осевого люфта валка. Контроль преднатяга производится измерением осевого перемещения вала при приложении контрольного усилия 100-200 Н. Допустимое осевое перемещение составляет 0,01-0,03 мм. При превышении этого значения производится регулировка преднатяга.
Подшипники с увеличенным зазором C3 предназначены для установки с натягом и не рекомендуются для создания преднатяга. Для установки с преднатягом следует применять подшипники с нормальным зазором C0 или уменьшенным зазором C2. При установке на вал с натягом радиальный зазор уменьшается на 60-80% от величины натяга. Например, при натяге 30 мкм зазор уменьшается на 20-25 мкм. Если исходный зазор C0 составляет 40 мкм, после посадки остается 15-20 мкм, что позволяет создать требуемый преднатяг. Подшипники C3 после посадки имеют слишком большой остаточный зазор, что не позволяет создать достаточный преднатяг.
Чрезмерный преднатяг проявляется следующими признаками: повышенная температура подшипников (более 80-90°C при нормальной нагрузке), значительное усилие при вращении вала вручную, повышенный момент вращения (более 6-8 Н·м для подшипников диаметром 100 мм), изменение цвета смазки (потемнение, появление запаха гари), быстрое повышение температуры после пуска стана. При обнаружении этих признаков необходимо остановить оборудование, охладить узел и уменьшить преднатяг. Работа с чрезмерным преднатягом быстро приводит к выходу подшипника из строя из-за перегрева и увеличенного износа.
Для подшипников валков профилировочных станов рекомендуются литиевые смазки класса NLGI 2 с температурой каплепадения не менее 180°C. Оптимальные варианты: Литол-24 для нормальных условий работы (температура до 70°C), SKF LGMT 2 для повышенных температур (до 90°C), SKF LGMT 3 для высоких нагрузок. При выборе смазки следует учитывать условия работы: скорость вращения валков, температурный режим, наличие загрязнений. Для станов с интенсивным охлаждением водой необходимы водостойкие смазки. Объем заполнения должен составлять 30-40% свободного объема подшипникового узла. Периодичность смазывания 2000-4000 часов работы.
Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационный характер. Информация представлена на основе технических данных производителей оборудования, стандартов и научных публикаций, доступных на момент подготовки материала.
Автор не несет ответственности за любые последствия, возникшие в результате использования информации из данной статьи. Все решения по выбору, расчету, монтажу и эксплуатации подшипниковых узлов должны приниматься квалифицированными специалистами на основании проектной документации, с учетом конкретных условий работы оборудования и действующих нормативных требований.
Перед выполнением работ по монтажу и обслуживанию подшипников необходимо ознакомиться с технической документацией производителя оборудования и подшипников, действующими стандартами и правилами техники безопасности.
1. ГОСТ 27365-87. Подшипники роликовые конические однорядные повышенной грузоподъемности. Основные размеры.
2. ГОСТ 3325-85. Подшипники качения. Поля допусков и технические требования к посадочным поверхностям валов и корпусов. Посадки.
3. ГОСТ 520-2011. Подшипники качения. Общие технические условия.
4. SKF. Каталог конических роликовых подшипников. Технические характеристики и рекомендации по применению.
5. Перель Л.Я., Филатов А.А. Подшипники качения: Расчет, проектирование и обслуживание опор: Справочник. М.: Машиностроение, 1992.
6. Тришевский О.И., Данильченко Ю.М., Салганик В.М. Производство гнутых профилей: Оборудование и технология. М.: Металлургия, 1982.
7. Методические указания по расчету и проектированию валковых узлов профилегибочных станов. Московский государственный вечерний металлургический институт.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.