Подшипник жидкостного трения. Тепловой баланс

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

Старооскольский технологический институт им. А.А. УГАРОВА

(филиал) федерального государственного  автономного образовательного учреждения 

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

(СТИ НИТУ «МИСиС»)

 

Факультет Металлургических и машиностроительных технологий

Кафедра Технологии и оборудования в металлургии и машиностроении имени В.Б. Крахта

 

 

Реферат

На тему: Подшипник жидкостного трения. Тепловой баланс

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент гр. ММО-10д

Конов М.В.

Проверил:

Доцент, кандидат технических наук

Смирнов  В.П.

 

 

 

 

 

2014

Содержание

Введение…………………………………………………………………………3

Использование и основные свойства ПЖТ……………………………………4

Тепловой баланс подшипника………………………………………………….5

Условия работы подшипников жидкостного трения…………………………9

Система смазки……………………………………………………………….....10

Требования к маслам ПЖТ……………………………………………………..12

Список используемой литературы……………………………………………..13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Изобретение относится к прокатному производству, а именно к подшипникам жидкостного трения валковых опор прокатных станов. Подшипник жидкостного трения включает втулку-вкладыш, установленную в подушке прокатного валка, втулку-цапфу, насаженную на коническую шейку валка, и упорный узел. От проворота на шейке валка втулка-цапфа удерживается шпонкой, установленной в шпоночном пазу, выполненном на внутренней конической поверхности втулки-цапфы и наружной конической поверхности шейки валка так, что между шпоночным пазом и торцевой поверхностью втулки-цапфы со стороны упорного узла образуется перемычка, ширина которой составляет (0,03...0,09) от минимального диаметра внутренней конической поверхности втулки-цапфы. Обеспечивается повышение жесткости подшипников, точности прокатки и качества прокатываемого металла.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности прокатки и качества прокатываемого металла за счет достижения оптимального соотношения между относительной шириной перемычки между шпоночным пазом и торцевой поверхностью втулки-цапфы со стороны упорного узла и относительной радиальной деформацией втулки-цапфы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Использование и основные свойства ПЖТ

 

ПЖТ используют в качестве опор волков прокатных проволочных, сортовых и листовых станков. Наличие несущей масляной пленки между трущимися поверхностями исключает механический контакт и определяет основные свойства подшипников:

 1. Малый коэффициент трения при установившемся режиме работы равный 0,001-0,005;

2. Высокую допустимую скорость;

3. Высокую несущую способность;

4. Малую чувствительность к долговременным динамическим нагрузкам.

Надежная и долговечная работа ПЖД обеспечивается совершенной конструкцией, высокой точности изготовления основных деталей и принудительной подачи чистого масла в рабочую зону от централизованной системы смазки.

ПЖТ может поставляться комплектно и отдельными деталями в качестве запасных частей к ранее поставленным подшипникам.

Размер подшипников охватывает диапазон (номинальный диаметр скольжения) от 140 до 1800 мм.

Каждый подшипник представляет собой закрытый, собранный в подушке узел, легко монтируемый на шейку прокатного вала. Конструкция обеспечивает высокую долговечность и минимальные затраты на обслуживание.

 

 

 

 

 

Тепловой баланс подшипника.

Проверяют температурный режим подшипника по температуре нагрева масляного слоя в рабочей зоне. Тепловой расчет подшипника производят путем составления уравнения теплового баланса, т. е. приравнивания теплообразования в подшипнике его теплоотдаче. Образовавшаяся в подшипнике теплота отводится маслом, протекающим через подшипник, и путем теплоотдачи через корпус подшипника и вал. Условие теплового равновесия при стационарном режиме

где Q — количество теплоты, выделяющейся в подшипнике в единицу времени (теплоемкость); 
Q1 — количество теплоты, отводимое от подшипника маслом; 
Q2 — количество теплоты, отводимое корпусом подшипника и валом во внешнюю среду. 
Количество теплоты, Дж, выделенной в секунду в подшипнике в результате потерь на трение, 

 
где F — радиальная нагрузка на подшипник, Н; 
v — окружная скорость цапфы, м/с; 
ƒ — коэффициент трения.

Количество теплоты, Дж, отводимой в секунду от подшипника маслом,

 
где с — удельная теплоемкость масла, Дж/(кг×°C); 
V — объем масла, м3, протекающего через подшипник в 1 c; 
ρ — плотность масла, кг/м3; 
tвых и tвх — температура масла при выходе и входе в подшипник, °С.

Отвод теплоты через вал невелик, поэтому обычно под Q2 понимают теплоту, отводимую только через корпус подшипника;

 
где К — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2×°С); 
А — площадь наружной поверхности корпуса подшипника, омываемая воздухом, м2.

Средняя температура tм нагрева масла в рабочей зоне подшипника связана с температурами на выходе и входе зависимостью

 
где Δt=tвых-tвх.

Эта температура не должна превышать допускаемой, т. е.

С учетом зависимостей из неравенства вытекает расчетная формула для проверки температурного режима работы подшипника

При расчете теплового режима подшипника при нефтяных смазочных маслах можно принимать с=1,92×103 Дж/(кг×°С); ρ=900 кг/м3. Коэффициент теплопередачи принимаютК=9...16 Вт/(м2×°C); при искусственном обдуве со скоростью vобК=16√vоб, Вт/(м2×°С).

Рис.3

Коэффициент трения ƒ при жидкостном трении определяют по графику на (рис. 3, а); объем масла V, протекающего через подшипник, - по графику на (рис. 3, б).

Если при расчете подшипников скольжения с жидкостным трением по формуле окажется, что tм>[tм], то изменяют геометрические параметры подшипника, выбирают для смазки масло с большей динамической вязкостью, назначают для рабочих поверхностей цапфы и вкладыша подшипника меньшие шероховатости. Можно одновременно использовать все указанные способы улучшения температурного режима. Тепловой расчет подшипника.

Проверяют температурный режим подшипника по температуре нагрева масляного слоя в рабочей зоне. Тепловой расчет подшипника производят путем составления уравнения теплового баланса, т. е. приравнивания теплообразования в подшипнике его теплоотдаче. Образовавшаяся в подшипнике теплота отводится маслом, протекающим через подшипник, и путем теплоотдачи через корпус подшипника и вал. Условие теплового равновесия при стационарном режиме

 
где Q — количество теплоты, выделяющейся в подшипнике в единицу времени (теплоемкость); 
Q1 — количество теплоты, отводимое от подшипника маслом; 
Q2 — количество теплоты, отводимое корпусом подшипника и валом во внешнюю среду. 
Количество теплоты, Дж, выделенной в секунду в подшипнике в результате потерь на трение, 

 
где F — радиальная нагрузка на подшипник, Н; 
v — окружная скорость цапфы, м/с; 
ƒ — коэффициент трения.

Количество теплоты, Дж, отводимой в секунду от подшипника маслом,

 
где с — удельная теплоемкость масла, Дж/(кг×°C); 
V — объем масла, м3, протекающего через подшипник в 1 c; 
ρ — плотность масла, кг/м3; 
tвых и tвх — температура масла при выходе и входе в подшипник, °С.

Отвод теплоты через вал невелик, поэтому обычно под Q2 понимают теплоту, отводимую только через корпус подшипника;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Условия работы подшипников жидкостного трения

 

По условиям работы подшипники жидкостного трения различают на вертикальные и горизонтальные.

Радиальные нагрузки воспринимаются втулкой-вкладышем с баббитовым слоем, а осевые нагрузки - узлом с радиально-упорным подшипником качения(фиксируемый ПЖТ). Без упорного узла(свободный ПЖТ) подшипник воспринимает только радиальные нагрузки и позволяет компенсировать за счет перемещения втулки-цапфы вместе с валком относительно втулки-вкладыша тепловые расширения и неточности монтажа.

Для повышения долговечности работы подшипников жидкостного трения в условиях частого запуска и разгон стана без снижения усилий сжатия валков, разработана конструкция гидростатодинамического ПЖТ (ГСДПЖТ).

ГСД ПЖТ отличается от ПЖТ только конструкцией втулки-вкладыша.

В ГСД ПЖТ втулка-вкладыш  имеет  на  рабочей  поверхности  специальные  карманы,  в  которые  масло  через  дроссели  подается  под  высоким авлением (~700  и  более  атмосфер) от специальной системы  смазки. Масло  под  высоким давлением уравновешивает внешнюю  нагрузку при неподвижных валках и низких скоростях прокатки.

В ГСД ПЖТ сочетаются гидродинамический и гидростатический принцип создания масляного слоя, разделяющего трущиеся поверхности, т.е. в таких подшипниках обеспечивается работа при любых скоростях, включая нулевую.

 

 

 

 

 

 

 

 

Система смазки.

 

Система смазки ПЖТ состоит из насосной станции, трубопроводов с арматурой и приборов, включая в себя механизмы и устройства, обеспечивающие подогрев, фильтрацию, охлаждение и подачу масла в нагнетательную магистраль, а также сбор и отстой отработанного масла поступающего от ПЖТ по сливной магистрали в резервуар- отстойник.

Давление масла на входе в ПЖТ 0,8 – 1,2 кг/см2.

Температура масла на входе  38 - 40ºС, на выходе (max)  115ºС.

Система смазки охватывает группу клетей, ПЖТ которых работают на одном сорте масла.

Прокатный стан может обслуживаться несколькими смазочными станциями.

Все системы смазки оборудованы контрольно-измерительной аппаратурой, сигнализацией и блокировками электродвигателей клетей.

Информация выведена на пост управления станом и на пульты установки  приборов.

В случае нарушения заданных параметров в системе смазки подаются  предупреждающая и аварийная сигнализация (звуковая  и  световая).

Пресс-бак обеспечивает подачу масла в подшипники при отказе в работе насосов на время, необходимое для полной остановки стана.  Электродвигатели главного привода клетей сблокированы с двигателями насосов таким образом, чтобы их запуск был возможен только при полной  исправности системы смазки (когда она включена и обеспечивает нормальным давление).

Система смазки ГСД ПЖТ кроме вышеуказанной системы низкого  давления должна включать систему высокого давления. Схема системы смазки ПЖТ

В систему смазки высокого давления должны входить насосы высокого давления (до  1000  атм.), обратные и предохранительные клапаны, контрольная аппаратура, трубопроводы и дроссельная система.

Для смазки применяются специальные масла И-ТП-С для прокатных станов, а также ТНК ПЖТ.

В  зависимости  от  кинематической  вязкости  при  40ºС   используются  масла  марок  И-ТП-С  46,  220,  320  и  460  (вязкость  кинематическая  мм/с)  соответственно  41,5 – 50,5;  198 – 242;  288 – 352  и  400 – 520, и  масла ТНК ПЖТ 510, 515, 522, 532, 546. Специальные масла нового поколения вязкостью 220, 320 и 460 мм2/с при 40оС, маркируемые ТНК ПЖТ 522, ТНК ПЖТ 532 и ТНК 546 разработаны ООО "ТНК смазочные материалы" в 2008 - 2009 гг. с целью замены масел И-220 ПВ и И-460 ПВ, а также ранее рекомендованных П-28, МС-20, МС-14, используемых в подшипниках жидкостного трения прокатных станов на предприятиях России и стран СНГ. Индустриальные масла ТНК ПЖТ 522, ТНК ПЖТ 532 и ТНК ПЖТ 546 изготавливаются из компонентов ООО "ТНК смазочные материалы" по технологии производства индустриальных масел для ПЖТ прокатных станов, на основе глубокоочищенных высоко индексных базовых компонентов с использованием эффективного сбалансированного пакта присадок с улучшенными свойствами, не уступающими зарубежным  аналогам, таким маслам как Mobil Vacuoline фирмы ExxonMobil, Shell Vitrea фирмы Shell. Положительные результаты получены в ходе эксплуатационных испытаний в ПЖТ ряда металлургических комбинатов. Положительные результаты получены в ходе эксплуатационных испытаний в ПЖТ ряда металлургических комбинатов.

Схема смазки подшипника.

 

Требования к маслам ПЖТ

 

Масла, применяемые для ПЖТ, должны удовлетворять требованиям, указанным в эксплуатационной документации ПЖТ, а также следующим дополнительным требованиям:

не образовывать отложений и стойких эмульсий;

не вызывать коррозионных разрушений рабочих поверхностей, трубопроводов, смазочной аппаратуры;

не вспениваться;

срок службы масла должен быть не менее 2 - 3 лет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

 

1. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. / Под ред. И. Н. Жестковой. - 8-е изд., перераб. и доп.. — М.: Машиностроение, 2001. — Т. 2. — 912 с.
2. Фролов М.И. Техническая механика: Детали машин Учеб. для машиностр. спец. техникумов. 2-е изд., доп. - М.: Высшая школа, 1990. - 352 с.
3. Леликов О. П. Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин. Конспект лекций по курсу "Детали машин". — М.: Машиностроение, 2002. — 440 с.
4. ГОСТ 22915-78 Подшипники жидкостного трения. Основные правила эксплуатации (с Изменением N 1)