8.2. Критерії роботоздатності та розрахунок вальниць ковзання

Результати експлуатації свідчать, що вальниці ковзання, які працюють в режимі “сухого” і напіврідинного тертя, виходять з ладу в результаті заїдання, пластичного деформування і намазування, абразивного спрацювання, особливо при забрудненні мастила, а також втомного руйнування і відшарування антифрикційного шару при вібраційних і ударних навантагах. Такі пошкодження залежать від в’язкості мастила, питомої навантаги, швидкості та інших параметрів режиму роботи, що використовуються як критерії роботоздатності.

Нормальну роботу вальниць ковзання визначають тримкість, стійкість проти спрацювання, температура нагрівання і відсутність заїдання цапфи. Нагрівання, що розм’якшує мастило, дуже небезпечне.

Вальниці, які працюють в режимі напіврідинного тертя, розраховують за середнім тиском р_m між цапфою і вкладкою і добутком цього тиску на колову швидкість V_s ковзання цапфи, тобто за величиною р_mV_s.

Тиск р_m характеризує тримкість вальниці, а добуток р_mV_s – його спрацювання, тепловиділення в ньому і ступінь небезпеки заїдання цапфи.

Вальниці ковзання тихохідних валів розраховують лише за середнім тиском.

Повинні виконуватися в такому разі умови:

(8.1)

і

. (8.2)

Тут і – допустимі середній тиск і добуток середнього тиску на колову швидкість ковзання цапфи; середній тиск за умови обхвату вкладкою цапфи; , м/с, де – радіальна навантага на вальницю, Н; – довжина і діаметр цапфи вала, мм; n – частота обертання вала, с^-1.

Діаметр d цапфи (шийки) вальниці визначають конструктивно залежно від діаметра вала. Довжину цапфи (вкладки) назначають залежно від діаметра d залежністю

, (8.3)

де φ – коефіцієнт довжини цапфи; для більшості машин приймають в межах 0,5÷1,2. В окремих випадках, наприклад, в самоустановних вальницях, , а в коротких – .

Якщо виразити через , то . Тоді

, (8.4)

де , Па; ,м/с; , Н; , рад/с; l, м і , Па м/с.

8.3. Вальниці котіння. Загальні відомості, класифікація і система

умовних позначень

Вальниці котіння – це елементи опор осей, валів та інших деталей, робота яких ґрунтується на використанні принципу тертя котіння. Вони призначені для сприйняття радіальних, осьових та комбінованих постійних і циклічних навантаг і є основними видами опор в машинах. Спектр їхнього використання найрізноманітніший – від приладів точної механіки (наприклад, годинників) до авт-самоскидів великої вантажності, літаків-гігантів типу “Мрія”, великих океанських суден, блюмінґів та ін.

Вальниця котіння (рис. 8.2, а) складається із зовнішнього 1 та внутрішнього 2 кілець, тіл котіння (кульок чи роликів) 3 і сеператора 4, який розділяє і направляє тіла котіння (див. рис 8.2, и, де показані їхні можливі варіанти). Сепаратори показані на рис. 8.2, і.

Тіла котіння переміщаються по бігових доріжках, що розміщені на циліндричних або конічних поверхнях кілець. У вальницях, які призначені для сприйняття тільки осьових сил (рис. 8.2, ж, з), бігові доріжки для тіл котіння розташовані на торцевій поверхні кілець. В окремих спеціальних випадках вальниці можуть мати лише одне кільце або ні одного, а тіла котіння розміщуються на бігових доріжках, виконаних на поверхнях з’єднуваних деталей.

Вальниці котіння стандартизовані і виготовляються на спеціальних підприємствах. В Україні зараз п’ять заводів, які продукують вальниці котіння (в містах Харкові, Вінниці, Луцьку, Гнівані Вінницької області, Шахтарську Донецької області).

Точність виготовлення. Відповідно до міждержавного стандарту (ГОСТ 520-89) промисловість виготовляє вальниці дев’яти класів точності, які позначаються цифрами 8, 7, 0, 6Х, 6, 5, 4, 2 і літерою Т. Основні класи точності 0, 6Х, 6, 5, 4, 2 , Т, а додаткові – 8, 7 ( позначення класів точності приведено в порядку підвищення точності).

Класи точності 0, 6, 5, 4, 2, Т – для кулькових і роликових радіальних і кулькових радіально-упорних вальниць;0, 6, 5, 4, 2 – для упорних і упорно-радіальних вальниць; 0, 6Х, 6, 5, 4, 2 – для роликових конічних вальниць (це стосується основної продукції Луцького заводу вальниць (АТ “ЛПЗ”), який випускає конічні вальниці).

Категорії вальниць. Залежно від наявності вимог за рівнем вібрації, допустимих значень рівня вібрації або рівня інших додаткових технічних вимог встановлено три категорії вальниць – А, В, С.

До категорії А відносять вальниці класів точності 5, 4, 2, Т з однією із деяких додаткових вимог (див. ГОСТ 520-89).

До категорії В відносять вальниці класів точності 0, 6Х, 6, 5 з однією із деяких додаткових вимог (там же, ГОСТ 520-89).

До категорії С відносять вальниці класів точності 8, 7, 0, 6, до яких не ставляться вимоги щодо рівня вібрації, моменту тертя та інші, що не вказані в ГОСТ 520-89.

а б в г ґ

д е є ж

з

и

і

Рис. 8.2. Вальниці, тіла котіння та сепаратори

Швидкохідність вальниць. Її прийнято оцінювати параметром d_mn, де d_m – діаметр кола, яке проходить через центри тіл котіння, мм; n – частота обертання кільця вальниці, хв^-1. Для радіальних і радіально-упорних кулькових вальниць зі сталевими штампованими сепараторами (рис. 8.2, і – перша схема) і роликових вальниць з короткими циліндричними роликами нормального класу точністю (0) d_mn = 0,5∙10⁶ ммхв^-1; для тих же вальниць з масивними сепараторами, виготовленими з антифрикційних матеріалів (брондзи, алюмінієвих стовпів, пластмас), при інтенсивній циркуляційній подачі мастила параметр d_mn досягає 2,8∙10⁶ мм хв^-1; для конічних роликових вальниць d_mn 0,03∙10⁶ мм хв^-1, а для упорних кулькових вальниць d_mn _0,22∙10⁶ _{мм хв}^-1_.

_{Для кулькових вальниць невеликих розмірів при змащенні мастильним туманом було досягнуте значення параметра} d_mn = 1,8∙10⁶ мм хв^-1, при цьому частота обертання вальниці була 90000÷100000 хв^-1 і ресурс становив більше 2000 год.

Матеріали деталей вальниць. Кільця і тіла котіння виготовляють в основному із кульковальницевих високовуглецевих хромистих сталей ШХ4, ШХ9, ШХ15, ШХ15-Ш, ШХ15СГ, ШХ15СГ-В, ШХ15СГ-Ш, ШХ20СГ, 15Г1, 18ХГТ, 20Х2М4А, 20НМ, 95Х18-Ш та ін. При робочій температурі до 100⁰С ролики та кільця повинні мати твердість 60÷65 HRC_e, а кульки – 62÷66 HRC_e.

Сепаратори вальниць піддаються інтенсивному спрацюванню через тертя ковзання з тілами котіння і кільцями. Тому їх виготовляють із антифрикційних матеріалів, в для масових вальниць їх штампують з м’якої вуглецевої сталі (наприклад, зі сталі Ст0 після відпалу), яка має добрі антифрикційні властивості. Сепаратори швидкісних вальниць виготовляють масивними із текстоліту, фторопласту, бронзи (матеріали тут перераховані за порядком збільшення швидкохідності вальниці).

Класифікація та система умовних позначень вальниць котіння. Вони поділяються на радіальні, які несуть в основному радіальну навантагу, що направлена перпендикулярно до геометричної осі вальниці; упорні, що несуть осьову навантагу, яка направлена вздовж осі вальниці; радіально-упорні, що сприймають одночасно зусилля, які направлені в радіальному та в осьовому напрямках, і упорно-радіальні, що сприймають в основному осьову навантагу і значно менше радіальну.

За формою тіл котіння розрізняють вальниці кулькові, роликові (циліндричні, конічні, сферичні, і голчасті); за кількістю рядів тіл котіння – одно-, дво- і багаторядні.

За конструктивними ознаками розрізняють вальниці самоустановні, з циліндричним або конічним отвором внутрішнього кільця, одинарні, подвійні однорядні, дворядні і т. ін.

Залежно від відношень розмірів – зовнішнього діаметра D і ширини В до внутрішнього діаметра d вальниці – існують розмірні серії: надлегка, особливо легка, легка, середня і важка. Вони містять по дві серії зовнішніх діаметрів і серії ширин – особливо вузьку, вузьку, нормальну, широку, особливо широку і відрізняються граничною частотою обертання, допустимою радіальною та осьовою навантагою і вантажністю. Повна класифікація установлена ГОСТ 3395 “Вальниці кулькові і роликові. Типи і конструктивні різновидності”.

Кулькові і роликові вальниці маркують і умовно позначають на кресленнях цифрами (ГОСТ 3189-89), за винятком вальниць, які виготовляються за ГОСТ 4060 і ГОСТ 24310. Позначення складається з двох частин: правої – основної, що умовно визначає розміри і конструкцію вальниці, і лівої, що відділяється від основної рискою і характеризує технологічні особливості (точність, проміжки), а також додаткових позначень праворуч від основного, які характеризують матеріал або конструкцію деталей. Останні цифри (праворуч) основного позначення вказують номінальний внутрішній діаметр вальниці. Для вальниць з внутрішнім діаметром до 9 мм одна перша цифра праворуч вказує фактичний розмір внутрішнього діаметра в мм (наприклад, радіальна кулькова вальниця 29, де 9 – діаметр отвору в мм). Внутрішні діаметри 10; 12; 15; 17 мм позначають двома цифрами 00; 01; 02; 03 відповідно. Для вальниць з діаметром отвору 20 мм і більше дві цифри праворуч являють собою частку від ділення діаметра (в мм) на 5. Третя цифра ліворуч від позначення розміру отвору означає серію діаметрів, четверта – тип вальниці, п’ята і шоста цифри характеризують конструктивні особливості вальниці, сьома – серію ширини. Ліворуч від основного шифру вальниці через риску позначається клас точності цифрами 8, 7, 0, 6Х, 6, 5, 4, 2 і літерою Т.

Таким чином, основний шифр вальниці складається з 7 цифр, а сказане вище можна схематично подати так:

Х Х Х Х Х Х Х

Якщо діаметр отвору вальниці до 10 мм (не включаючи 10), крім вальниць з діаметром отвору 0,6; 1,5 і 2,5 мм, то на схемі:

Х ХХ Х Х Х Х

серія конструктивне тип знак 0 серія діаметр

ширин виконання вальниці діаметра отвору

Схема 1

Приклад 1: вальниця 1000094 – радіальна кулькова однорядна. Відповідно до схеми 1 це буде:

1 00 0 0 9 4

серія конструктивне тип знак 0 серія діаметр

ширин виконання вальниці діаметра отвору

Приклад 2: вальниця 29 – радіальна кулькова однорядна:

0 00 0 0 2 9

серія конструктивне тип знак 0 серія діаметр

ширин виконання вальниці діаметрів отвору

Приклад 3: вальниця 184009/1,5 – радіальна кулькова однорядна з упорним бортом на зовнішньому кільці:

1 84 0 0 9 1,5

серія конструктивне тип знак 0 серія діаметр

ширин виконання вальниці (за схемою) діаметра отвору

Якщо вальниця з діаметром отвору 10 мм і більше, крім вальниць з діаметрами отвору 22, 28, 32, 500 і більше, то схема шифру буде такою:

Х ХХ Х Х ХХ

серія конструктивне тип серія діаметр отвору

ширин виконання вальниці діаметрів (в умовному або

номінальному виразі)

Схема 2

Приклад 4: вальниця 32206 – радіальна роликова з короткими циліндричними роликами:

0 03 2 2 06

серія конструктивне тип серія позначення (умовне)

ширин виконання вальниці діаметрів діаметра отвору

=6х5=30 мм

Приклад 5: вальниця 1068 – радіальна кулькова сферична:

0 00 1 0 6 8

серія конструктивне тип знак 0 серія діаметр

ширин виконання вальниці (за схе діаметрів отвору

мою 1) (невизначена)

Приклад 6: вальниця 58 – радіальна кулькова однорядна:

0 00 0 0 5 8

серія конструктивне тип знак 0 серія діаметр

ширин виконання вальниці (за схе діаметрів отвору

мою 1) (невизначена)

Приклад 7: вальниця 4074102 – радіальна роликова голчаста з діаметром отвору 15 мм:

4 07 4 1 02

серія конструктивне тип серія діаметр

ширин виконання вальниці діаметрів отвору

Приклад 8: вальниця 901 – радіальна кулькова однорядна з діаметром отвору 12,7 мм (невизначеної серії):

0 00 0 9 01

серія конструктивне тип серія діаметр

ширин виконання вальниці діаметрів отвору

(наближена) (наближено)

Приклад 9: вальниця 2910 – радіальна роликова з короткими циліндричними роликами з діаметром отвору 48 мм:

0 00 2 9 10

серія конструктивні тип серія позачення діаметра

ширин особливості вальниці діаметрів отвору (наближено)

(невизначена)

Приклад 10: вальниця 602/28 – радіальна кулькова однорядна із захисною шайбою:

0 06 0 2 28

серія конструктивне тип серія діаметр отвору

ширин виконання вальниці діаметрів ( =28 мм)

Приклад 11: вальниця 20071/710:

2 00 7 1 710

серія конструктивне тип серія діаметр отвору

ширин виконання вальниці діаметрів ( =710 мм)

Коротка довідка. На сьогодні у світі понад 50 фірм, основною продукцією яких є вальниці котіння, якщо вважати, що на території країн СНД ( Союзу Незалежних Держав) діє одна фірма –ДПЗ (ГПЗ), а це 34 заводи по випуску вальниць і 9 ремонтних заводів вальниць. В інших країнах: Австрія – 1 фірма, Велика Британія – 2, Італія – 2, Польща – 1, США – 22, ФРН – 6, Чехія – 1, Швайцарія – 4, Швеція – 1, Японія – 6.

Так, шведський концерн SKF відноситься до числа провідних фірм світу, який має більше 200 виробничих і комерційних підпри-ємств у 140 країнах, з них більше 80 заводів займаються лише випуском продукції, а 33 виробничих підприємства одночасно займаються і комерційною діяльністю. 70 комерційних підприємств та 200 інженерно-комерційних бюро доповнюються комерційною мережею, яка діє в усьому світі. В цілому має більше 10 тисяч розподільчих і торгових баз.