Подушка прокатного валка

 

Использование: в опорах прокатных валков. Сущность изобретения: радиальные зазоры между роликами четырехрядного радиально-упорного роликового конического подшипника, наружными и внутренними кольцами крайних рядов роликов выполнены большими, чем радиальные зазоры центральных рядов. Наружное кольцо центральных рядов роликов установлено в расточке подушки с большим зазором, чем наружные кольца крайних рядов роликов. Разница зазоров в расточке подушки наружных колец центральных и крайних рядов роликов и радиальных зазоров между роликами и кольцами определяется по регламентированной зависимости. 1 ил.

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано в валковых опорах прокатных станов.

Известна опора прокатного валка (аналог), включающая шейку валка, подушку и четырехразрядный радиально-упорный роликовый конический подшипник, установленный на шейке валка в расточке подушки с радиальными зазорами между роликами, наружными и внутренними кольцами подшипника, которые установлены с возможностью взаимодействия со средствами осевой фиксации [1] Недостатки аналога разрушение центральных рядов роликов подшипника и, как следствие, его низкая долговечность из-за передачи на эти ряды через горизонтальную стенку подушки радиальной нагрузки от плунжеров гидроцилиндров уравновешивания верхнего рабочего валка. Гидроцилиндры установлены в подушках нижнего рабочего валка по сечению подушки, проходящего между центральными рядами роликов подшипника. При выходе полосы из прокатной клети под действием энергии деформации происходит сжатие клети, вызывающее большие ударные нагрузки от плунжеров на центральные ряды роликов подшипников и их разрушение. Прокатка на широкополосных станах сопровождается действием больших осевых нагрузок на валки и их подшипники. Под действие осевых нагрузок происходит относительное смещение в противоположных направлениях вдоль оси валка наружных и внутренних колец подшипника. В результате два ряда роликов разгружаются, а два других воспринимают полную осевую нагрузку. В этом случае при выходе полосы из клети и ее деформационном сжатии вся ударная радиальная нагрузка воспринимается одним из центральных рядов роликов. В сочетании с одновременно действующей на этот ряд радиальной составляющей R от осевой нагрузки Р_о это вызывает быстрое разрушение (раскалывание) роликов и выход из строя подшипника.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является опора прокатного валка, включающая те же элементы, что и аналог, и обладающая теми же недостатками [2] Цель изобретения повышение долговечности четырехразрядных радиально-упорных роликовых конических подшипников валковых опор прокатных станов.

Поставленная цель достигается тем, что в расточке подушки под подшипник по ширине наружного кольца центральных рядов роликов выполнена кольцевая проточка. Радиальные зазоры между роликами, наружными и внутренними кольцами крайних рядов выполнены большими, чем радиальные зазоры центральных рядов, на величину, определяемую из соотношения где [] Е допускаемые напряжения на растяжение и модуль упругости материала наружного кольца центральных рядов роликов подшипников; D диаметр наружного кольца.

На чертеже показана подушка прокатного стана.

Узел подшипника включает шейку 1 прокатного валка, подушку 2 и четырехрядный радиально-упорный роликовый конический подшипник 3. Подшипник установлен на шейке валка в расточке подушки с радиальными зазорами _к между наружными кольцами 4 крайних рядов роликов, роликами и внутренними кольцами 5 и с радиальными зазорами _ц между роликами, внутренними кольцами 5 и наружным кольцом 6 центральных рядов роликов. Зазоры _ц принимаются исходя из стандартных требований к нормальной работе радиально упорных роликовых конических подшипников. Внутренние кольца 5 сопряжены с шейкой 1 валка по легкоходовой посадке для свободного надевания подушки 1 с подшипником 3 на шейку и снятия с нее при сборке и разборке валков с подушками. От осевого смещения внутренние кольца 5 зафиксированы с помощью упорного кольца 7, установленного на шейке 1 по шпонке 8, двух разрезных резьбовых колец 9, гайки 10, фигурной шпонки 11 и кольца 12 с прорезью под шпонку 8, установленного в проточке на шейке 1 валка. Между внутренними 5 и наружными кольцами 4 и 6 роликов установлены дистанционные кольца 13 и 14. С помощью колец 13 регулируют радиальные зозоры _к и _ц. Со стороны бочки 15 валка внутренние кольца 5 упираются в торцовое кольцо 16 узла уплотнения подшипника. Наружные кольца 4 крайних рядов роликов установлены в подушке 2 по ходовой посадке для облегчения установки колец в подушку.

В расточке подушки 2 под подшипник 3 по ширине наружного кольца 6 центральных рядов роликов выполнена кольцевая проточка 17 на глубину , в которую входит наружное кольцо 6 при его деформации (расширении) под действием радиальной составляющей осевой нагрузки Р_о, передающей на него от конических роликов. Радиальные зазоры _к между роликами, наружными 4 и внутренними 5 кольцами крайних рядов роликов выполнены большими, чем радиальные зазоры центральных рядов, на глубину кольцевой проточки 17, т.е.

_к= _ц+ (1) Соотношение между зазорами _к и _ц регулируют путем изменения ширины дистанционных колец 13. При увеличении ширины колец зазоры _к увеличиваются.

Наружные кольца 4 и 6 подшипника фиксируются в подушке 2 с помощью торцового фланца 18 со стороны хвостовика шейки валка.

Глубина кольцевой проточки 17 в подушке 2 под наружное кольцо 6 центральных роликов выбирается с учетом необходимости разгрузки центральных рядов роликов от действия ударной радиальной нагрузки Р_р от плунжеров гидроцилиндров уравновешивания верхнего валка при деформационном сжатии клети после выхода из нее полосы.

При действии осевых нагрузок Р_о на шейку 1 валка и подушку 2, направленных в противоположные стороны, происходит осевое смещение наружных колец 4 и 6 и внутренних 5 подшипника 3 в противоположные стороны. Так как радиальные зазоры _к в крайних рядах роликов больше, чем зазоры _ц в центральных рядах, происходит выбор зазоров _ц только в одном из центральных рядов (на чертеже в левом центральном ряду). При одновременном действии осевой и ударной радиальной нагрузки Р_р от деформационного сжатия клети радиальная нагрузка перераспределяется между крайними рядами роликов примерно в равном доле по P_p/2 на каждый ряд. Центральный ряд роликов эту нагрузку не воспринимает, т.к. при действии нагрузки Р_р от плунжеров гидроцилиндров происходит деформация подушки, и центральное наружное кольцо 6 утапливается в кольцевую проточку 17, не воспринимая нагрузки Р_р. Кольцо 6 воспринимает только осевую нагрузку Р_о, а кольца 4 только радиальные нагрузки Р_р/2. Благодаря этому разгружаются ролики центральных рядов подшипников, снижается вероятность их разрушения и повышения долговечности подшипника.

Наличие кольцевой проточки 17 глубиной в подушке и разницы в величине радиальные зазоры _к и _ц обеспечивает также демпфирование осевых нагрузок Р_о. Под действием этих нагрузок возникают их радиальные составляющие R, которые деформируют наружное кольцо 6 центральных рядов роликов, увеличивая его наружный диаметр и выдавливая в кольцевую проточку 17. При этом осевые нагрузки резко уменьшаются и не передаются на остальные ряды роликов.

Если осевые нагрузки достигают критических значений, наружное кольцо 6 подшипника деформируется с увеличением его диаметра до размера диаметра кольцевой проточки 17 и упирается в ее дно. В этот момент происходит выбор радиальных зазоров _к в крайнем ряду роликов подшипника и осевая нагрузка начинает передаваться на два ряда роликов, разгружая центральный ряд и устраняя его перегрузки. На чертеже положение роликов при перераспределении осевой нагрузки на два ряда (левый центральный и правый крайний) показано пунктиром. Два остальных ряда роликов не нагружаются.

Благодаря перераспределению осевой нагрузки над два ряда роликов после ее демпфирования снижается величина нагрузки на каждый из рядов, что повышает долговечность подшипника.

Глубина кольцевой проточки 17 определяется по величине критической осевой нагрузки на центральное кольцо 6 из условия работы материала кольца в области упругих деформаций. При превышении этой нагрузки кольцо, деформируясь, упирается в дно проточки и далее не деформируется.

Область упругих деформаций кольца 6 под действием радиальной составляющей R осевой нагрузки P_o определяется величиной допускаемых напряжений [] материала кольца на растяжение.

Увеличение диаметра D наружного кольца 6 находится из соотношения (Писаренко Г.С. и др. Справочник по сопротивлению материалов. Киев: Наукова думка, 1975, с. 368, табл. 29): D (2) где q погонная радиальная нагрузка на центральное наружное кольцо со стороны конических роликов; F площадь поперечного сечения наружного кольца; Е модуль упругости материала кольца.

Ввиду большого числа роликов с достаточной точностью для практики погонную радиальную нагрузку можно принять равномерно распределенной по окружности наружного кольца. Тогда растягивающие напряжения в материале при его деформации могут быть определены из соотношения (3) С учетом этого получим выражение для определения допустимой погонной радиальной нагрузки, соответствующей критической осевой нагрузке Р_о
[q] (4)
Подставляя это выражение в (2) вместо q с учетом того, что глубина кольцевой проточки 17 D/2, получим:
(5)
Например, для четырехразрядного радиально-упорного роликового конического подшипника серии В577796Х, установленного в подшипниковых опорах рабочих валков чистовой клети широкополосного стана 2000 горячей прокатки, у которого диаметр наружного кольца D=700 мм, материал кольца сталь ШХ-15 с [] 3600 кГ/мм² и Е=2,1210⁴ кГ/мм², по формуле (5) имеем =0,297 мм.

Применение изобретения прокатного валка позволяет снизить осевые и радиальные нагрузки на ролики и повысить долговечность подшипника.

Формула изобретения

ПОДУШКА ПРОКАТНОГО ВАЛКА, содержащая четырехрядный радиально-упорный роликовый конический подшипник, установленный на шейке валка в расточке подушки с радиальными зазорами между роликами, наружным и внутренними кольцами подшипника, которые установлены с возможностью взаимодействия со средствами их осевой фиксации, отличающаяся тем, что в расточке подушки под подшипник по ширине наружного кольца центральных рядов роликов выполнена кольцевая проточка, а радиальные зазоры между роликами, наружными и внутренними кольцами крайних рядов роликов выполнены больше, чем радиальные зазоры центральных рядов, на величину, определяемую из соотношения

где [], E допускаемые напряжения на расстояние и модуль упругости материала наружного кольца центральных рядов роликов подшипника;
D диаметр наружного кольца.

РИСУНКИ

Рисунок 1