Избирательный перенос 3 страница

К таким узлам металлургических машин относятся: редукторы, шестеренные клети, нажимные устройства, подшипники качения и скольжения и др.

Область применения минеральных масел во многом зависит от конструктивного исполнения узла трения. Марки минеральных масел приведены в табл. 1 прил. В. При невозможности реализации в узле трения жидкостной смазки применяют пластичный смазочный материал (ПСМ). Пластичный смазочный материал обеспечивает:

- режим граничной смазки;

- удержание смазочного материала в открытых и слабогерметизированных узлах трения;

- работоспособность узла трения при высоких температурах и нагрузках в широком скоростном диапазоне;

- длительный срок службы в герметизированных узлах трения.

Недостатками в применении ПСМ являются:

- более трудоемкая замена смазочного материала;

- малый теплоотвод;

- затрудненное удаление продуктов процесса изнашивания.

Наиболее эффективно применение ПСМ для смазывания подшипников качения.

Марки ПСМ приведены в табл. 5 прил. В.

Твердые смазочные материалы (ТСМ) применяют в узлах трения металлургических машин, характеризующихся следующими условиями работы:

- высокие контактные напряжения и низкие скорости скольжения (менее 0,1 м/с);.

- наличие агрессивных сред, разрушающих обычные смазочные материалы;

- экстремальные температуры (выше 300 и ниже -80 )

ТСМ наносят на поверхность трущихся деталей в виде суспензий. После термической обработки на поверхности деталей образуются твердые смазочные пленки. Недостаток таких покрытий - малый срок службы.

ТСМ с успехом используются как присадки к жидким и пластичным смазочным материалам. В табл. 6 прил. В приведены основные физико-механические свойства ПСМ с добавками.

Особую группу составляют самосмазывающиеся конструкционные материалы, физико-механические характеристики которых приведены в табл. 7 прил. В.

Самосмазывающиеся материалы применяют в тех случаях, когда применение ЖСМ и ПСМ невозможно или затруднено, требуется длительная работа узла трения с низким трением и высокой износостойкостью (в условиях низких удельных нагрузок).

Разработаны конструкционные материалы, основу которых составляют пористые металлы (бронза, железо и др.), пропитанные ТСМ или самосмазывающимися материалами.

8.2.2. Выбор вида смазочных материалов для узлов трения

Подшипники скольжения

В подшипниках скольжения при скоростях скольжения более 1 м/с и постоянном направлении относительного скольжения поверхностей наиболее эффективны ЖСМ (минеральные масла).

Применение ПСМ целесообразно при скоростях скольжения менее 1 м/с при высоких контактных нагрузках (более 10 МПа), при постоянном изменении направления скольжения поверхностей, при температурах -50... +200 .

При температуре выше 250 необходимо использование ТСМ.

Подшипники качения

В подшипниках качения наилучшим смазочным материалом являются минеральные масла. Но их использование усложняет конструкцию подшипникового узла. При использовании ПСМ упрощается конструктивное исполнение и во многих случаях облегчается его эксплуатация.

Минеральные масла рекомендуется использовать в подшипниках качения при частоте вращения менее 5 - 10 об/мин и окружной скорости более 5 м/с.

Исходя из условий технической эксплуатации подшипниковых узлов наиболее предпочтительным является применение в них ПСМ. На сегодняшний день подшипники качения являются основными потребителями ПСМ.

Наиболее эффективно применение ПСМ в герметизированных подшипниковых узлах и в подшипниках, подверженных ударным нагрузкам.

Как правило, ограничением на применение ПСМ является окружная скорость, лимитируемая через параметр (d ·n) (d - внутренний диаметр подшипника, мм; n - частота вращения, об/мин).

При значении параметра d ·n, не превышающем допустимое значение [d ·n] целесообразно использовать ПСМ.

Допустимые значения параметра [d ·n], в зависимости от типа подшипника при среднем нагружении (нормальные контактные напряжения не более 2 ·10³ МПа) следующие:

Тип подшипника	[d ·n]
Радиальный шариковый	5 ·10^5
Радиально-упорный шариковый	4 ·10^5
Цилиндрический роликовый	4 ·10^5
Конический роликовый	2 ·10^5
Цилиндрический роликовый двухрядный	5 ·10^5
Упорный шариковый
Игольчатый подшипник

Примечание: h - высота подшипника, мм; - наружный диаметр, огибающий иглы, мм.

Величина допустимых значений [d ·n] снижается на:

- для тяжелонагруженных подшипников (контактные напряжения до 5 ·10³ МПа) – 25%;

- при вертикальном расположении подшипников – 25%;

- при вращении внешнего кольца – 50%;

- при спаренных подшипниках – 25%;

Контактные нормальные напряжения можно определять из зависимостей для:

шарикоподшипников

(8.1)

роликоподшипников

(8.2)

где R – радиальная нагрузка, МН;

i - количество рядов тел качения;

z - количество тел качения в ряду;

- диаметр ролика, м.;

l - длина ролика, м;

- угол наклона роликов;

- сумма кривизны ролика и кольца.

( 8.3)

- средний диаметр подшипника.

Зубчатые зацепления

Основным смазочным материалом для зубчатых зацеплений являются минеральные масла. И только для открытых и тихоходных зубчатых передач ( < 0,5 м/с ) возможно использование ПСМ. ТСМ для зубчатых зацеплений применяются в экстремальных условиях при температурах, превышающих 300 °С.

Для открытых зубчатых передач рекомендуется применять битумные композиции и ПСМ, характеристики которых приведены в табл. 5, 6 прил. В.

Зубчатые муфты

В зубчатых муфтах наиболее эффективно применение высоковязких минеральных масел, но трудности по обеспечению герметичности в процессе эксплуатации зубчатых муфт побуждают применять ПСМ, а также битумные композиции, рекомендуемые для открытых зубчатых передач (например, 03П-1).

Направляющие скольжения

Наиболее эффективным и широко используемым видом смазочного материала являются минеральные масла.

8.3. Выбор марки минерального масла

8.3.1. Выбор марки минерального масла

для подшипников скольжения

Основным свойством минеральных масел, определяющим возможность реализации режима жидкостной смазки, является вязкость. Поэтому выбор марки минерального масла основывается на расчете требуемой вязкости при рабочей температуре узла трения.

Для практики эксплуатации подшипников скольжения необходимую вязкость можно определять из зависимости (7.3)

где - динамическая вязкость при рабочей температуре, Па ·с;

- безразмерная величина, число Зоммерфельда;

- номинальное давление, Па;

- частота вращения вала, ;

- относительный диаметральный зазор;

d - диаметр вала.

Значение числа Зоммерфельда So находится из зависимостей (7.3), (7.4) при подстановке в них оптимального значения относительной минимальной толщины масляной пленки x=0,35.

Для конструируемого подшипника скольжения величина относительно зазора y находится из соотношения

,

где - минимальный и максимальный зазоры в поле допуска принятой посадки.

Средняя рабочая температура масла в подшипнике скольжения определяется из зависимости:

(8.4)

где - температура масла, входящего в подшипник. Принимается равной 40 - 60 °С в зависимости от возможности теплоотвода и нагруженности узла трения.

- нагрузка на подшипник, МН;

- диаметр вала, м;

- коэффициент при давлении масла 0,3 МПа.

(8.5)

При износе подшипника давление масла падает, и при его снижении менее 0,1 МПа значение коэффициента a возрастает в 1,5 раза, что ведет к снижению вязкости минерального масла.

Определив необходимую вязкость при рабочей температуре, находим вязкость при эталонной температуре 40 или 50 °С для маловязких масел, или при 100 °С для высоковязких минеральных масел.

(8.6)

значение коэффициента n находим из зависимости

(8.7)

где - кинематическая вязкость масла при рабочей температуре;

t_р - рабочая температура масла.

Выбрав необходимую марку смазочного материала из табл.1 прил. В, возможно найти характеристики подшипника скольжения (коэффициент надежности, максимально возможный диаметральный зазор, коэффициент трения и др.).

Пример 8.1.

Подобрать марку минерального масла для подшипников скольжения шестеренной реверсивной клети кварто 800/1400х2800.

Исходные условия:

момент прокатки - 2 МН ·м;

частота вращения валков - 50 – 120 об/мин;

длина подшипника - 0,82 м;

диаметр подшипника - 0,6 м;

межцентровое расстояние - 1000 мм;

материал вала - сталь 40 ХН;

твердость поверхности вала - 50 - НRС;

материал подшипника - Б 16;

температура масла, входящего в подшипник - 50 °С;

посадка подшипника - H8/e8.

Решение

Определим необходимую величину вязкости минерального масла при рабочей температуре из зависимости (7.3)

Находим значения входящих в зависимость величин для

l / d= 0,82 / 0,6 = 1,37

Номинальное давление в подшипнике

= (М · k) / ·d ·l · ) =(2 ·0,7) / (1 ·0,6 ·0,82 ·cos20) = 3 МПа,

где М - момент прокатки, МН;

- диаметр шестеренного валка, м;

a - угол зацепления, a=20°;

k - коэффициент перераспределения момента, передаваемого через зубчатое зацепление (изменяется в пределах 0,5...1,0).

Среднее значение относительного диаметрального зазора для посадки Æ600 H8/e8

= (0,329+0,135) / 2 ·600 = 3,9 · .

Определяем рабочую температуру по зависимости (8.4)

Из зависимости (8.5)

Нагрузка на подшипник

Находим кинематическую вязкость минерального масла при эталонных температурах 40, 50 °С:

n

n =n *(60/50)

n = (1 + lgn) / (2,8 – lg ) = (1 + lg 26,7) / (2,8 – lg 60) = 2,37;

n

Из табл. 1 прил. В выбираем И - 40 А или в соответствии с ГОСТ 17479.4 - 87 И-Г-А - 68.

8.3.2. Выбор марки минерального масла

для подшипников качения

При выборе марки минерального масла для подшипникового узла необходимо учитывать размеры подшипника и частоту его вращения, величину нагрузки, действующей на подшипник, рабочую температуру подшипникового узла и состояние окружающей среды.

Выбор необходимой вязкости минерального масла осуществляется по номограммам на рис. 8.1. Марка минерального масла находится из табл. 1 прил. В.

Пример 8.2. Подобрать марку минерального масла для подшипников качения шестеренной клети стана 1700 горячей прокатки.

Исходные условия:

Частота вращения шестеренных валков - 500 об/мин; подшипник -№ 97172; рабочая температура подшипника – 60 °С.

Решение.

Подшипник № 97172 роликовый, радиально-упорный, конический, двухрядный с наружным диаметром D = 540 мм. Тогда средний диаметр D_o = (d+D) / 2 = (360+540) / 2 = 450 мм.

По номограмме «а» на рис. 8.1 из точки, соответствующей D_o = 450 мм проводим вертикаль до пересечения с наклонной линией n = 500 об/мин. Из точки пересечения проводим горизонтальную линию до пересечения с осью ординат. Получаем

n

По номограмме «б» рис. 8.1 находим вязкость минерального масла при эталонной температуре (40, 50 или 100 °С)

Из точки на оси ординат, равной 12 мм²/с, проводим горизонталь до пересечения с вертикалью, проведенной из точки 60 °С.

Из точки пересечения проводим прямую, параллельную ближайшей наклонной прямой, до пересечения с вертикалью, проведенной из точки (40, 50 или 100 °С).

Из полученной точки проводим горизонталь до пересечения с осью ординат. Находим:

n n

Из табл. 1 прил. В выбираем марку минерального масла И–20 А ГОСТ 20799 – 88.

а б

Рис.8.1. Номограммы для выбора масла с вязкостью,

соответствующей заданным условиям эксплуатации

8.3.3. Выбор марки минерального масла

для зубчатых зацеплений

На выбор марки минерального масла для зубчатых передач оказывают влияние: температурный режим (50 – 130 °С), окружная скорость, нормальные контактные напряжения в зоне контакта, твердость и состояние контактирующих поверхностей.

Как правило, для легко- и средненагруженных зубчатых передач применяют индустриальные масла без присадок.

В легконагруженных зубчатых зацеплениях нормальные контактные напряжения не превышают 800 МПа при окружной скорости до 100 м/с, в средненагруженных зубчатых зацеплениях соответственно 1200 МПа и 10 - 15 м/с. Для более тяжелых условий работы используют индустриальные масла с противоизносными и противозадирными присадками табл. 2 прил. В.

Определение необходимой вязкости минерального масла для стальных зубчатых передач производится по графику на рис. 8.2. в зависимости от параметра

(8.8)

где HV - твердость по Виккерсу, МПа;

- максимальное нормальное контактное напряжение, МПа;

u - окружная скорость, м/с.

Для нахождения твердости по Виккерсу, зная значение твердости по Роквеллу, можно пользоваться зависимостью:

(8.9)

Наибольшее нормальное контактное напряжение для:

цилиндрических прямозубых зацеплений

(8.10)

цилиндрических косозубых и шевронных зацеплений

(8.11)

конических зацеплений

(8.12)

где u - передаточное число;

A - межцентровое расстояние, м;

b - ширина зубчатого венца, м;

- диаметр внешней делительной окружности (на дополнительном конусе), м;

k - коэффициент, равный 1,3...1,5 (меньшие значения следует выбирать при расположении колес на валах, близком к симметричному; большие значения - при несимметричном расположении колеса);

- крутящий момент на колесе, МН ·м.

Верхний предел вязкости (рис. 8.2) принимается при следующих условиях:

- изготовление обеих зацепляющихся шестерен из одной марки или хотя бы одной из шестерен из никелевой или хромоникелевой стали со сквозной закалкой;

- работа передачи с ударными нагрузками;

- температура окружающего воздуха выше 25 °C.

Нижний предел (меньшее значение вязкости) при:

- высокой точности обработки шестерен (не менее 6-й степени точности);

- температуре окружающего воздуха ниже 10 °C;

- фосфатированной или сульфидированной шестерни;

- параметре > 100.

Пример 8.3. Подобрать марку минерального масла для зубчатого зацепления шестеренной клети кварто 800 / 1400 х 2800.

Исходные данные:

момент прокатки - 2 МН ·м;

межцентровое расстояние - 1000 мм;

частота вращения - 50-120 об/мин;

длина шестеренного валка - 1700 мм;

материал шестеренных валков - сталь 40 ХН;

твердость поверхности зубъев - HRC 50.

Решение.

Определяем параметр x

.

Для шевронных зацеплений

Так как шестеренные валки изготовлены из хромоникелевой стали, то значение вязкости находим по верхней кривой.

Значению параметра x =907 соответствует значение кинематической вязкости n

Найдем значения кинематической вязкости при эталонных температурах 100 и 40 °С.

;

;

Так как контактные нормальные напряжения =678 МПа < 800 МПа, то выбираем минеральное масло без присадок П-28 ГОСТ 6480 –78 или ИГП-182 ТУ 38 101413-78. По новой классификации И-Т-А- 460 или И-Т-С- 320.

8.3.4. Выбор марки минерального масла для червячных передач

Необходимую вязкость минерального масла для червячных передач определяют по номограмме на рис. 8.3 в зависимости от отношения , определяемого из зависимости:

(8.13)

где М - крутящий момент на червячном колесе, Н ·м;

А - межосевое расстояние, м;

n - частота вращения червяка, .

По найденному значению вязкости при t = 40 °С выбирают марку минерального масла. Как правило, вязкость высоковязких минеральных масел в таблицах приводится при t = 100 °С. Поэтому вязкость находят из зависимостей (7.12) и (7.13), а затем из табл. 3,4 прил.В выбирают марку минерального масла.

Рис. 8.3. Определение вязкости минерального масла

для червячных передач

Пример 8.4. Подобрать марку минерального масла для червячного редуктора механизма подъема штабелировочного стола.

Исходные данные:

крутящий момент на червячном колесе - 50 кН ·м;

межосевое расстояние - 0,625 м;

частота вращения червяка - 560 мин .

Решение.

Определяем параметр

По номограмме рис. 8.З находим

Для высоковязких минеральных масел в таблице значения вязкости даны при эталонной температуре t_эт=100°С

Находим

Из табл. 3 прил. В выбираем минеральное масло цилиндровое - 38 ГОСТ 6411 - 76.

Дата добавления: 2014-12-08