Жиркин Ю.В. Надежность, эксплуатация и ремонт металлургических машин. Учебник. Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

100 100

ир вр

рв

К %; К %,

ир

σσσ

σσ

−

⋅ =⋅=

где

окончания раз-

рушен

ла проч-

ности

следующем

охлаж

м пе-

нетра гружения в мм,

множенную на число 10, стандартного конуса массой 150 г под

ействием собственного веса в течение 5 с.

ПСМ должны сохранять стабильность как коллоидные сис-

темы, ность состава, стойкость против окисления,

инерт

дкой фазы

(минерального масла) в процессе хранения и под воздействием

одностороннего приложенного давления.

ПСМ обеспечивают реализацию граничной смазки и по-

этому -

е и противозадирные свойства ПСМ ха-

р те

грузкой сваривания

– Р

ПСМ

, усиливается коррозионный износ.

ия износа является вве-

енгликоля.

Pb. Введение в ПСМ соли однойодистой меди и соли ме-

ди ацетилсалициловой кисло реализует эффект безизносно-

сти. В

смаз ные материалы

- исходный предел прочности на сдвиг;

- предел прочности после разрушения;

σ - предел прочности через трое суток после

ия.

Термоупрочнение характеризует изменение преде

на сдвиг ПСМ при нагреве выше 100

С и по

дении.

Степень консистенции ПСМ характеризуется число

ции. Число пенетрации выражает глубину по

неизмен

ность к воде и агрессивным

средам. Проявлением наруше-

ния коллоидной стабильности является выделение жи

имеют лучшие антифрикционные характеристики, чем ми

которых они изготовлены. неральные масла, на

Противоизносны

ризуются нагрузкой

заедания – Р

кр

и на

ак

Присутствие в свободных щелочей и воды существенно

ухудшает их смазочное действие

Наиболее эффективно для снижен

дение в ПСМ роданида меди, этил

Для улучшения триботехнических свойств в ПСМ вводят

различные наполнители в виде порошков графита, МоS

, слюды,

Sn, Cu,

ты

качестве полимерных наполнителей используют полиэти-

лен, полипропилен, ПТФЭ в виде порошков дисперсностью до 10

мкм.

7.6.7. Твердые оч

121

Наиболее часто в узлах трения металлургических машин

при н ия ЖСМ и ПСМ применяются гра-

фит, мягкие металлы (Pb, Sn), ПТФЭ

(ф ор

атуры t=400

С, которые

в вакууме, инертном газе, сухом воздухе.

Дисульфид молибдена MoS

имеет структуру, подобную

и ад-

щих в

ическое взаимодействие с серой. В вакууме MoS

работоспо-

собен

ы с низкой температурой плавле-

ия: Jn – 165

C, Pb –327

С, Sn – 238

С, Cd – 321

С) используют-

я в качестве основы или компонентов покрытий на твердых кон-

трукционных материалах. Их антифрикционность определяется

малым сопр о покрытия

при относительном нагрузкой. По-

ошки мягких металлов вводят в качестве наполнителей в ПСМ и

компо

ную структуру (степень кристалличности до

90%).

ционность. ПТФЭ инертен,

не горит, не смачивается большинством жидкостей, работоспо-

собен

температура плавления кристаллов 327

С;

B(МПа);

евозможности применен

дисульфид молибдена,

т опласт).

Графит обладает хорошими антифрикционными свойства-

и в атмосферных условиях д темперм о

теряются

графиту, но его антифрикционные свойства ухудшаются пр

сорбции кислорода, паров воды и других веществ, вступаю

хим

до температуры t=1000…1300

С, а на воздухе до t=350

С.

Мягкие металлы (металл

отивлением срезу в тонком слое мягког

движении поверхностей под

зиционные антифрикционные материалы.

Из органических полимерных материалов наиболее

эф-

фективен политетрафторэтилен (ПТФЭ) или фторопласт (зару-

бежное название - тефлон). ПТФЭ имеет смешанную кристалли-

ческую и аморф

Взаимодействие между молекулами и кристаллами ПТФЭ

осуществляется слабыми ван-дер-ваальсовыми силами, что и

обеспечивает его высокую антифрик

при

температурах t=-269…+270

С. Основные характери-

стики:

- твердость 30…40 H

- предел прочности на растяжение

=14…31 МПа;

ругости при изгибе 0,43…0,85 ГПа; - модуль уп

- температурный коэффициент линейного расширения –

24 ·10

-5

;

- допустимые нагрузки и скорости скольжения [p]=0,2 МПа,

[v]=2м/с.

ПТФЭ в узлах трения применяется в виде тонких покрытий,

в композиционных материалах и в качестве наполнителя ПСМ.

Этот материал требует осторожного обращения при нагре-

ве. При температуре выше 400…500

С начинается разложение

122

фторопласта с выделением токсичного газа перфторизобутиле-

на, ко

о многом зависит надежность ма-

шин и

ть их выбор, но и выявлять как грани-

цы их использования, так и область изменения параметров на-

гружения, обеспечивающую наибольшую износостойкость узла

трения.

Применение того или иного вида смазочного материала в

конкретном узле трения зависит от многих факторов: условий

внешней среды (температура, влажность

и т.д.), удельной на-

грузки, скорости смещения контактирующих поверхностей, ха-

рактера движения (прерывистое, реверсивное), геометрических

характеристик и материала пар трения, твердости поверхност-

ных слоев трущихся тел, необходимости использования конкрет-

ной системы смазывания, конструктивного исполнения узла тре-

ния и др.

Металлургические машины, особенно прокатные станы, ха-

рактеризуются широким спектром нагружения,

и поэтому даже

рекомендуемые заводом-изготовителем марки смазочных мате-

риалов не могут охватить всего диапазона изменения силовых и

кинематических параметров технологического процесса. Специа-

лист, осущест орудования,

обязан знат поль-

зуемых лей.

иалов

аключается в следующем:

- выяв параметры

узла трения

- осуществля материала;

торый в 50 раз токсичнее фосгена.

Глава 8. Выбор смазочных материалов для узлов трения

8.1. Методика выбора смазочных материалов

Смазочные материалы являются, по сути, конструкцион-

ными материалами, и от правильного выбора соответствующей

марки м о материала в с азочног

механизмов.

Освоение

методики выбора смазочных материалов позво-

ляет не только осуществля

вляющий техническую эксплуатацию об

границы изменения этого диапазона какь для ис

марок смазочных материалов, так и для их замените

общем случае методика выбора

смазочных матер

ляются условия работы и технические

;

ется выбор вида смазочного

- определяется марка смазочного материала.

Основными параметрами, влияющими на выбор смазочно-

го материала, являются: удельная нагрузка р и скорость сколь-

123

жения

, параметр p

и температура

, твердость и микро-

геометрия трущихся поверхностей, материал трущихся поверх-

носте

кое р

материалов широко исполь-

зуются минеральные масла, способные обеспечить:

- жидкостную

смазку;

- интенсивный теплоотвод;

ания.

- при незначительном изменении температуры м ла

исходит значительное изменение его вязкости

еменно исполь-

зуемого масла.

узлах

трения с интенсивным тепловыделением, работающих с доста-

точно большими контактными нагрузками и о

ния.

гических машин относятся: редук-

торы, жимны

ых масел во многом зави-

узла трения. Марки мине

й.

8.2. Выбор вида смазочного материала

8.2.1. Общая характеристика смазочных материалов

В узлах трения металлургических машин наиболее широ-

аспространение получили жидкие, пластичные и твердые

смазочные материалы.

В качестве жидких смазочных

- фильтрацию продуктов изнашив

При выборе минеральных масел необходимо учитывать,

что:

- при температуре выше 150°С происходит деструкция ма-

сел;

ас про-

;

- требуется эффективная герметизация узлов трения;

- необходимо большое количество единовр

Минеральные масла рекомендуется

применять в

скоростями ск льже-

К таким узлам металлур

шестеренные клети, на е устройства, подшипники

качения и скольжения и др.

Область применения минеральн

я сит от конструктивного исполнени

ральных масел приведены в табл. 1 прил. В. При невозможности

реализации в узле трения жидкостной смазки применяют пла-

стичный смазочный материал (ПСМ). Пластичный смазочный

материал обеспечивает:

- режим граничной смазки;

- удержание смазочного материала в открытых и слабо-

герметизированных узлах трения;

124

- работоспособность узла трения при высоких температу-

рах и нагрузках в широком скоростном диапазоне;

являются:

риала;

нашива-

ния.

эффективно применение ПСМ для смазывания

подши

атериалы (ТСМ) применяют в узлах

трени металлургических машин, характеризующихся следую-

щими

ения (менее 0,1 м/с); .

ных сред, разрушающих обычные сма-

зочны

и ниже -80

)

ей в виде

суспе дета-

лей о остаток таких

покры й срок службы.

как присадки к жидким и пла-

стичны смазочным материалам. В табл. 6 прил. В приведены

основные физико-механические свойства ПСМ с

добавкам

амосмазывающиеся конструк-

ционн ские характеристики кото-

рых приведены в табл. 7 прил. В.

но,

требу

с (в условиях низких удельных нагру-

лы (бронза, железо и др.), опитан-

ные ТСМ или самосмазывающимися материалами.

8.2 о

- длительный срок службы в герметизированных узлах тре-

ния.

Недостатками в применении ПСМ

- более трудоемкая замена смазочного мате

- малый теплоотвод;

- затрудненное удаление продуктов процесса из

Наиболее

пников качения.

Марки ПСМ приведены в табл. 5 прил. В .

Твердые смазочные м

условиями работы:

- высокие контактные напряжения и низкие скорости

скольж

- наличие агрессив

е материалы;

- экстремальные температуры (выше 300

C°

ТСМ наносят на поверхность трущихся детал

нзий. После термической обработки на поверхности

бразуются твердые смазочные пленки. Нед

тий - малы

ТСМ с успехом используются

и.

Особую группу составляют с

ые материалы, физико-механиче

Самосмазывающиеся материалы применяют в тех случа-

ях, когда применение ЖСМ и ПСМ невозможно или затрудне

ется длительная работа узла трения с низким трением и

высокой износостойко тью

зок).

Разработаны конструкционные материалы, основу которых

составляют пористые метал пр

.2. Выбор вида смазочных материалов для узл в трения

125

Подшипники скольжения

В подшипниках скольжения при скоростях скольжения бо-

лее 1 /с и постоянном направлении относительного скольжения

поверхностей наиболее эффективны ЖСМ (минеральные мас-

ла).

Применение ПСМ целесообразно при скоростях скольже-

ния менее 1 м/с при высоких контактных нагрузках (более 10

МПа), при постоянном изменении направления скольжения по-

верхностей, при температурах -50 ... +200

При температуре выше 250

необходимо использование

ТСМ.

Подшипники качения

В подшипниках качения наилучшим смазочным материа-

лом являются минеральные масла. Но их использование услож-

няет конструкцию подшипникового узла. При использовании ПСМ

упрощается конструктивное исполнение и во многих случаях об-

легчается его эксплуатация.

Минеральные масла рекомендуется использовать в под-

шипниках качения при частоте вращения менее 5 - 10

об/мин и

окружной скорости более 5 м/с.

Исходя из условий технической эксплуатации подшипнико-

вых узлов наиболее предпочтительным является применение в

них ПСМ. На сегодняшний день подшипники качения являются

основными потребителями ПСМ.

Наиболее эффективно применение ПСМ в герметизиро-

ванных 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 допусти-

мое значение [d ·n] целесообразно использовать ПСМ.

Допустимые значения параметра [d ·n], в зависимости от

типа подшипника при среднем нагружении (нормальные контакт-

ные напряжения не более 2 ·10

МПа) следующие:

Тип подшипника [d ·n]

C°

Радиальный шариковый 5 ·10

126

Радиально-упорный шариковый 4 ·10

Цилиндрический роликовый 4 ·10

Конический роликовый 2 ·10

Цилиндрический роликовый двухрядный 5 ·10

Упорный шариковый

12 5

0810

n·( dh ) , ·=

Игольчатый подшипник

2510

n·d , ·=

Примечание: h - высота подшипника, мм; - наружный диаметр, оги-

бающий иглы, мм.

Величина допустимых значений [d ·n] снижается на:

- для тяжелонагруженных подшипников (контактные напря-

жения до 5 ·10

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

;

1810

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅

⋅=

(8.1)

роликоподшипников

;

coslzi

425

5,0

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅⋅⋅

⋅

⋅=

∑

(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.

D( );

=−

∑

;cos*D/D

(8.3)

- средний диаметр подшипника.

Зубчатые зацепления

2/)Dd(D

127

Основным смазочным материалом для зубчатых зацепле-

ний являются минеральные масла. И только для открытых и ти-

хоходных зубчатых передач (

< 0,5 м/с) возможно использова-

ние ПСМ. ТСМ дл зубчатых зацеплений применяютя ся в экстре-

условиях при температурах, превышающих 300 °С.

Для открытых зубчатых

битумные композиции и ПСМ, характеристики которых приведе-

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, определяю-

щим возможность реализации режима жидкостной смазки, яв-

ляется вязкость. Поэтому выбор марки минерального масла

основыв абочей

темпера

Для практики эк ков скольжения необ-

ходим

мальных

передач рекомендуется применять

ны в табл. 5, 6 прил. В.

Зубчатые муфты

В зубчатых муфтах наиболее эффективно применение вы-

соковязких минеральных

масел, но трудности по обеспечению

герметичности в процессе эксплуатации зубчатых муфт побуж-

дают применять ПСМ, а также битумные композиции, рекомен-

дуемые для открытых зубчатых передач (например, 03П-1).

ается на расчете требуемой вязкости при р

туре узла трения.

сплуатаци подшипнии

ую вязкость можно определять из зависимости (7.3)

⋅

⋅=

Sо

где

η ·с;

- динамическая вязкость при рабочей температуре, Па

- безразмерная величина, число Зоммерфельда;

- номинальное давление, Па; p

128

- частота вращения вала ;

d/∆=

−

- относительный д тр

иаме альный зазор;

d - аметр вала.

из зависи-

мосте

ки

ξ=0,35.

руируемого подшипника скольжения величина

относительно зазора

ψ находится из соотношения

ди

Значение числа Зоммерфельда So находится

й (7.3), (7.4) при подстановке в них оптимального значения

относительной минимальной толщины масляной плен

Для конст

ср

2/)(

maxmin

∆

где

∆

редняя рабочая температура масла в подшипнике сколь-

жения еляется из зави

(8.4)

. Принима-

МПа.

maxmin

,∆

- минимальный и максимальный зазоры в поле до-

пуска принятой посадки.

опред симости:

p вх

tta*Р /d,=+

где

t - температура масла, входящего в подш

вx

ипник

ется равной 40 - 60 °С в зависимости от возможности теплоот-

вода и нагруженности узла трения.

- нагрузка на подшипник, МН;

d - диаметр вала, м;

a - коэффициент при давлении масла 0,3

;8,226,11

18,1 −−

⎟

⎞

⎜

⎛

−⋅

⎟

⎞

⎜

⎛

⋅=

(8.5)

⎠

⎝

⎠

⎝

При износе подшипника давление масла падает, и при его

ального масла.

ю вязкость при рабочей темпера-

сть при эталонной температуре 40 или 50 °С

снижении менее 0,1 МПа значение коэффициента a возрастает в

1,5 раза, что ведет к снижению вязкости минер

Определив необходиму

туре, находим вязко

для маловязких масел, или при 100 °С для высоковязких мине-

ральных масел

;

⎟

⎞

⎜

⎛

⋅=

ηη

.6)

tptэ

⎟

⎠

⎜

⎝

значение коэффициента n находим из зависимости

−

,lgt

(8.7)

где

- кинематическая вязкость масла при рабочей температу-

ре;

129

- рабочая температура масла.

из

абл.1 прил. В, возможно найти характеристики подшипника

Подобрать марку минерального масла для подшипников

Исходные условия:

тки - 2 МН ·м;

твердость поверхности вала - 50 - НRС;

а - H8/e8.

го

Выбрав необходимую марку смазочного материала

скольжения (коэффициент надежности, максимально возможный

диаметральный зазор, коэффициент трения и др.).

Пример 8.1.

скольжения шестеренной реверсивной клети кварто

800/1400х2800.

момент прока

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;

материал подшипника - Б 16;

температура масла, входящего в подшипник - 50 °С;

посадка подшипник

Решение

Определим необходимую величину вязкости минерально

масла при рабочей температуре из зависимости (7.3)

26 42

044310 84 3910

−

==⋅⋅⋅=So( p / ) , ( / , ) ( , )

ηωϕ

60=

24 10 24

−

=⋅ ⋅= ⋅Па с мПа с.

Находим значения входящих в зависимость величин для

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

0 35 0 43 0 24 0 35 0 43 1 37 0 24 0 44So ,(,l/d ,) ,(, , ,) ,.

−−

=+=⋅+=

Номинальное давление в подшипнике

p = (М · k) /

d ·d ·l ·

cos

) =(2 ·0,7) / (1 ·0,6 ·0,82 ·cos20) = 3

МПа,

где М - момент прокатки, МН;

лка, м;

d - диаметр шестеренного ва

α - угол зацепления, α=20°;

130