 |
Способы посадок роликовых подшипников на шейку оси
|
|
|
|
Введение
Перевод подвижного состава железнодорожного транспорта на буксы с роликовыми подшипниками способствует увеличению провозной и пропускной способности железных дорог благодаря возможности удлинения участков безостановочного движения поездов, увеличения их веса и скорости. Роликовые подшипники по сравнению с подшипниками скольжения уменьшают сопротивление подвижного состава при движении, снижает потребляемую силу трогания поезда с места 7 – 10 раз, дает возможность удлинить срок между периодическими осмотрами буксовых узлов и практически полностью прекратить отцепку вагонов от поездов по грению букс. Кроме того, их внедрение позволяет добиться экономии топлива и электрической энергии на 4 – 11 %, снижении расхода смазки, отказаться от использования подбивочных материалов и баббита, а также снизить эксплуатационные расходы на ремонт и содержания вагонов. Значительно сокращается обслуживающий персонал, а при полном переводе грузовых вагонов на роликовые подшипники исчезнет на транспорте и такая профессия, как смазчик. Применение роликовых подшипников в пригородных электропоездах относиться к 1929 г. В этом же году такими подшипникам были оборудованы отдельные пассажирские и служебные вагоны магистральных дорог. До 1932 г. На роликовые подшипники были переведены несколько составов курьерского поезда Негорелое – Владивосток, а с 1935 г. Они стали успешно эксплуатироваться в буксах вагонов метрополитена. Вагоны транссибирского направления в порядке эксперимента оборудовались главным образом подшипниками со сферическими роликами и частично подшипниками с цилиндрическими роликами.
Буксы на роликовых подшипниках.
|
|
|
Для массового оборудования пассажирских и грузовых вагонов в качестве типового принят буксовый узел с установкой двух цилиндрических роликовых подшипников с габаритными размерами 130 х 250 х 80 мм (где 130 – диаметр шейки оси, 250 – наружный диаметр подшипника и 80 – ширина подшипника) на горячей посадке (безвтулочной) посадке и расстояние между шпилитонами у букс пассажирских вагонов, равным 580 мм. Подшипник расположенный у галтелей шейки называют задней, а у торца – переднем.
Характерной особенностью принятого варианта буксового узла является установка подшипников в плотную друг к другу без промежуточных дистанционных колец. Уплотнение буксы состоит из лабиринтов, расположенных в лабиринтном кольце и корпусе буксы. У букс грузовых вагонов для обеспечения лучшего распределения нагрузки между роликами и вдоль образующей на потолке корпуса буксы введены ребра жесткости, расположенные по осям подшипников, а для устранения перегрузки концов роликов и внутренних колец длина опорной поверхности ребер ограничена размером 110 мм.
Для более равномерного распределения нагрузки между передним и задним подшипником корпуса букс грузовых вагонов имеют впрессованную лабиринтную часть. Установка подшипников в буксе без дистанционных колец дает возможность укоренить шейку оси и уменьшить в ней напряжение и вредное влияние ее изгиба на перераспределение нагрузки вдоль образующих роликов и колец. кроме того такая установка подшипников рационально для повышения прочности шейки оси и получения буксового меньшей массы. Торцовые крепление в буксовых узлах осуществлено гайкой. Часть гр. вагонов имеет крепление подшипников шайбой. для обеспечения герметичности букс радиальный зазор в лабиринте установки не более 0,8 мм., а для более плотной посадки наружных колец верхней предел допуска в отверстие в корпусе новой буксы 0,7 мм. В гр. Вагонах с роликовыми подшипниками рама тележки опирается непосредственно на буксу. Для этого последние по бокам имеют специальные приливы, что улучшает условия работа подшипников. Зазоры между направляющими букс и челюстями вдоль тележки равны от 1 до 8 мм.и поперек от 10 до 16мм.Кроме указанных буксовых узлов, в эксплуатации имеются еще два варианта размещения подшипников. По первому варианту в буксе установлено сферический и цилиндрический подшипники на втулочной посадке, а по второму два сферических подшипника на втулочной посадке. Подшипники обоих вариантов имеют габаритные размеры 135х280х93 мм. Применяемый в этих узлах сферический подшипник 73727 или ЦКБ -545 обычной конструкции имеет ролики с формой несимметричной бочки, а цилиндрический подшипник 72727 – беззаклепочный сепаратор. В буксе с двумя сферическими подшипниками на втулочной посадке по сравнению с буксой со сферическими и цилиндрическими подшипниками отсутствует дистанционное кольцо, а между ними наружным кольцом переднего подшипника и торцом крепительной крышки имеется зазор от 0,5 до 1 мм. Последний обеспечивает установкой набора прокладочных колец 1между фланцевой поверхностью с крепительной крышки и торцом корпуса буксы, а так же установкой малых регулировочных колец 2 между торцами закрепительной втулки заднего подшипника и внутренним кольцом переднего подшипника. Такой зазор более 1 мм. Может произойти заклинивание буксы в лабиринте, так как действующие осевые усилия могут переместить корпус буксы в осевом направлении на величину этого зазора.
|
|
|
Таким образом, зазор в лабиринте должен компенсировать возможное осевое перемещение буксы (с учетом зазора между подшипником и крышкой). Вследствие того что в буксе с двумя сферическими подшипниками наружные кольца не закреплены, они могут проворачиваться и проскальзывать, вызывая коррозию и износ посадочных мест корпуса буксы. При установке в буксы сферического и цилиндрическогоподшипников их наружные кольца,так же как в буксе с двумя цилиндрическими подшипниками на горячей посадке, закреплены в корпусе крепительной крышкой, поэтому под действием осевой нагрузки перемещение корпуса буксы относительно шейки оси будет только на величину осевого зазора сферического подшипника. При двух сферических подшипниках корпус буксы относительно шейки оси перемещается на величину осевого зазора подшипника, а так же зазора между наружным кольцом подшипника и крепительной крышкой. Установка дистанционного кольца при двух сферических подшипниках для закрепления наружных колец в корпусе буксы может быть практически осуществлена. Но это усложняет монтаж букс, так как каждый ряд будет необходим подбирать и изготовлять дистанционные кольца по ширине в зависимости от выхода закрепительной втулки из под заднего подшипника, величина которого может меняться в пределах до 6 мм. В зависимости от допусков и износов по сопрягаемым поверхностям втулки с шейкой оси и внутренним кольцом подшипника. Преимущество конструкции буксового узла с одним сферическим и одним цилиндрическим подшипником по сравнению с буксой, имеющий два сферических подшипника, заключается в том, что, как указывалось выше подшипники закрепляются в осевом направлении и тем исключается поперечноепроскальзывание наружных колец по корпусу буксы, наблюдающееся в буксе с двумя сферическими подшипниками.
|
|
|
Кроме того, букса со сферическими и целендрическими подшипниками более проста при монтаже и более экономична (за счет меньшой стоимости цилиндрического подшипника).Необходимо также иметь в виду, что в этом случае применяемый цилиндрический подшипник открытого вида используется по своему прямому назначению только для восприятия радиальных нагрузок. Сферический подшипник в том случае должен, кроме радиальной нагрузки, воспринимать еще и осевое усилие.
ТИП БУКСОВОГО УЗЛА
Букса с двумя цилиндрическими подшипниками диаметром 250 мм.
На горячей посадке:
-цельнометаллических пассажирских вагонов
-грузовых вагонов
Букса с одним сферическим и одним цилиндрическим подшипниками диаметром 280 мм. На втулочной посадке -цельнометаллических пассажирских вагонов- грузовых вагонов
Букса с одним сферическим и одним целиндрическим подшипниками диаметром 300 мм. На втулочной посадке-цельнометалических пассажирских вагонов.- грузовых вагонов
|
|
|
В эксплуатации находяться и вагоны поездов с Машиным охлаждением на подшипниках с такими же габаритными размерами с установкой в буксы двух сферических подшипников ТОЯ 140х300 или 22328К, у которых ролики имеют форму симметричной бочки.
При принятии типа буксы для массового оборудования вагонов наряду с долговечностью должны быть также обеспечены технологичность конструкции, т. е. простота и легкость монтажа, демонтажа, промывки и осмотра деталей буксового узла, а также экономичность. Наиболее экономичны цилиндрические подшипники на горячей посадке более просты и удобны в технологическом отношении для массового производства, и стоимоть их ниже сферических. Кроме того по сравнению со сферическими они имеют большую долговечность и при испытаниях их на стендах показывают меньший момент трения на 20- 25 %.1.1 Устройство роликовых подшипников и их типы.В вагонных буксах применяются реальные подшипники:а) с короткими цилиндрическими роликами однорядные с однобортовым внутренним кольцом на глухой подшипниковой так называемой горячей посадке; б) с короткими цилиндрическими роликами однорядные с безбортовым внутренним кольцом и плоским упорным кольцом (рис. 1 б) на глухой подшипниковой так называемой горячей посадке; в) с короткими цилиндрическими роликами однорядные на закрепительных втулках (на рис.1,в условно показан без втулки).((
Каждый подшипник состоит из внутреннего 3 и наружного колец между последним находится ролики 2, удерживаемые в сепараторе 4 на одинаковом расстоянии друг от друга.Сепаратор может опираться на борта внутреннего или наружного кольца или на ролики. Поворачиваясь вместе с осью, внутренние кольцо увлекает за собой ролики, каждый из которых вращается вокруг своей оси и перекатывается между наружным и внутренним кольцом по дорожкам качения. Свободное перемещения роликов обеспечивается радиальным и осевым зазорами, а так же осевым рубежом))((Радиальный зазор измеряется в свободном от нагрузки подшипника и является суммой зазоров между дорожками качения колец и роликов, а осевой – между бортами наружных колец и роликов.))У роликовых подшипников в зависимости от конструкции буксы нагрузку воспринимают 5-6 роликов, находящихся сверху примерно на 1/3 длины окружности наружного кольца подшипника.Цилиндрические подшипники радиальными роликовыми подшипниками с короткими цилиндрическими роликами (цилиндрические подшипники) называются такие, у которых отношения длины ролика к его диаметру равно или меньше двух.
|
|
|
Цилиндрический подшипник представляет собой разъемную конструкцию, у которой одно из колец (внутреннее или наружное), сепаратор и ролики соединены в один неразъемный блок. Такие подшипники, имеющие один ряд роликов, бывают открытые, закрытые и полузакрытые. Подшипники двух последних видов, кроме радиальной нагрузки, могут воспринимать и осевую.
Подшипники открытого вида на одном из колец бортов не имеют, вследствие чего у них не ограничивается взаимное перемещение наружного и внутреннего колец, а также шейки оси и корпуса буксы. Подшипники закрытого вида имеют борта на внутреннем и наружном кольцах (один борт приставной), чем ограничивается их взаимное перемещение и соответственно перемещение шейки оси и корпуса буксы в пределах осевого разбега. Подшипник полузакрытого вида, имея только один борт на одном из колец или плоское упорное кольцо, воспринимая осевые нагрузки, действующие только в одном направлении.
Применение беззаклепачных сепараторов в цилиндрических подшипниках повышает работоспасобность в условиях высоких динамических нагрузок и улучшает условия смазывания рабочих поверхностей роликов и колец.
Сферические подшипники. Радиальные роликовые сферические двухрядные подшипники (сферические подшипники) представляют собой конструкцию, в которой внутреннее и наружнее кольца, а также ролики соединены между собой при помощи сепаратора в один блок. Такие подшипники, обладая большой грузоподъемностью, предназначены для восприятия радиальных и значительных осевых нагрузок. При действии осевой нагрузки ограничиваются взаимное перемещения колец, а также шейки оси и менее чувствительны к ударным нагрузкам. Сферические подшипники имеют 2 ряда роликов, размещенных в отдельных сепараторах. Каждый ряд работает самостоятельно. Поверхность качения роликов сферическая, очерченная одним радиусом. Поверхность качения бывает в виде несимметричной (конусной) и симметричной бочек. Ролики с формой несимметричной бочки сужены в сторону от среднего борта внутреннего кольца (внешняя сторона подшипника).
Диаметр торца, обращенный к среднему борту (базовый торец), больше диаметра торца противоположной стороны ролика-----------.При выполнении этого условия уменьшается проскальзывание роликов во время работы. Наибольший диаметр ролика смещен от середины в сторону базового торца и расположен от него на расстоянии. Контакт сферического ролика с дорожной качения наружного кольца происходит по условному диаметру контакта, который расположен от базового торца ролика на расстоянии, где - длина ролика.Ролики с формой симметричной бочки имеют одинаковые диаметры по торцам.У таких роликов наибольший диаметр расположен в среднем сечении. На внутреннем кольце имеются две дорожки качения, между которыми расположен средний направляющий борт, выполненный за одно целое с кольцом.Вследствие того радиус кривизны поверхности дорожек качения наружного кольца у подшипников с формой роликов несимметричной бочки превышает радиус продольной кривизны ролика и благодаря сферической форме поверхности роликов обеспечиваются самоустанавливаемость подшипника и нормальные условия. Металл роликовых подшипников должен обладать высоким пределом упругости и сопротивлением усталости, т.к. подшипники работают в условиях многократного переменного напряжения сжатия. Подшипниковая сталь должна иметь однородную структуру, обладать хорошей обрабатываемостью резанием и не быть хрупкой. Для роликовых подшипников сталь изготовляется в электропечах или мартеновских. Отожженная горячокатанная и холоднотянутая сталь в состоянии поставки должна иметь твердость в пределах 170-207 единиц по Бринеллю (диаметр отпечатка 4,2-4,6мм)Сепараторы сферических подшипников изготовляются на отечественных заводах из латуни марок ЛС59-1, Л62 Пт (ГОСТ931-70) и модифицированного чугуна, а цилиндрических – из латуни марок ЛС59-1, из стали марок 08, 10, 30 (ГОСТ 1050-60), модифицированного чугуна или специального литья.Имеются в эксплуатации беззаклепочные сепараторы из стали марок 08 и 10 (ГОСТ1050-60), ковкого чугуна, из сплава алюминия и металлопластмасс.
СПОСОБЫ ПОСАДОК РОЛИКОВЫХ ПОДШИПНИКОВ НА ШЕЙКУ ОСИ
На подвижном составе ж\д обычно внутренние кольца подшипников закрепляются на шейках оси натягом по классу тугой подшипниковой (Тп) и глухой подшипниковой (Гп) посадок.
Для обеспечения длительного сохранения натяга буксовых подшипников целесообразно применить посадку Гп с ограничением путем подбора нижнего и верхнего распределения нагрузки при перекосах до 4 градусов. Характер распределения радиальной нагрузки по образующей ролика с формой несимметричной бочки показан на рис.8,а,а с симметрической на рис. 8б.
Ось вращения сферического ролика расположена под углом к оси вращения подшипника, что обеспечивает восприятия значительных осевых нагрузок. Это является большим преимуществом сферических подшипников. ПРИ восприятии радиальных нагрузок вследствие бочкообразной формы роликов и их расположения под углом к оси вращения подшипника возникает горизонтальная составляющая от внешней нагрузки, которая постоянна прижимает ролики к среднему борту внутреннего кольца, вызывая при этом силу трения скольжения. С одной стороны, это является недостатком сферического подшипника, а с другой- преимуществом, так как обеспечивается устойчивое направление движение роликов. У сферических подшипников осевой разбег не проверяется, так как возможность взаимного смещения колец обусловлена конструкцией. Величина осевого разбега зависит от радиального зазора и угла наклона роликов к оси подшипника: с увеличением радиального зазора увеличивается так же и осевой.
Металл, термическая обработка роликовых подшипников. Отечественные и зарубежные подшипники изготовляются из хромистых и хромомарганцевых высокоуглеродистых сталей марок ШХ15 и ШХ15 СГ со сквозной закалкой колец и роликов, а так же из сталей, подвергаемых цементацией, закалке и низкому отпуску. Подшипники из высокоуглеродистой твердокалящейся стали имеют повышенную склонность к хрупкому излому вследствие внутренних напряжений которые могут привести к внезапным разрывам колец и сколом бортов внутренних колец по трещинам усталостного происхождения. Подшипники с цементовонном кольцами имеют пониженную чувствительность к концентрации напряжений стабильность размеров и большую прочность. Однако такая обработка колец связана с большой трудоемкостью и повышенной стоимостью производства.
Торцовое крепление с упругим элементом позволяет выравнивать и упруго передавать осевые нагрузки между роликами амортизировать действие осевых сил равномерно распределять по плоскому упорному кольцу усилие затяжки гайки и тем самым предотвращать излом кольца включать в работу больше количество роликов при действии осевых нагрузок. Надежность крепления подшипников в осевом направлении может быть достигнута применением гайки с кольцевой проточкой или выточкой. Кольцевая выточка на диаметре 152 мм. Ступенчатая на глубину 2 мм. С переходом на 172 мм. Или прямая на глубину 6 мм. Предотвращает изломы плоских упорных колец. С 1974 г. Новые гайки изготавливается с выточками радиусом 6- 8 мм.(рис.30, а).У гаек, находящихся в эксплуатации, ступенчатая или прямая вытачка производства при полной ревизии букс.
Торцевые шайбы (рис. 32), как и торцевые гайки, служат для закрепления подшипников на шейке оси. Шайбы имеют по три отверстия диаметром 22 мм. для болтов, прикрепляющих их к торцу шейки. Центральное отверстие предназначено для прохода центра станка при обточке колес без монтажа подшипников. Материал шайбы – сталь марки Ст. 3. Болты для крепления стопорной планки, стопорного кольца смотровой крышки, крепительной крышки и торцевой шайбы изготовляются по размерам указанным на рис. 33, или по ГОСТ 7798 – 70.
Прокладка и кольцо. Для уплотнения буксы со стороны крышек между крепительной и смотровой крышками устанавливается прокладка (рис. 34 а), а между корпусом буксы и фланцевой поверхностью крепительной крышки – кольцо (рис. 34 б). Они изготовляются изрезины группы ХХ1марки 98 – 1 по техническим условиям 1269 – 55 р и должны обеспечивать работу при температуре +,- 55% С. Прокладки могут быть изготовлены из поронита (ГОСТ 481 – 71), а кольца – из пеньки. Бирка (рис. 35) прилепляется болтами крепительной крышки к буксе правой шейки оси и предназначается для нанесения надписей о времени и месте производства формирования, полного освидетельствования способы посадки подшипников на шейки оси. При горячей посадке гайка непосредственно упирается в упорное кольцо подшипника, поэтому ее высота равная 51 мм. для подшипников с наружным диаметром 250 мм. больше, чем гаек высотой 46 мм., применяемых при подшипников на втулочной посадке, где гайка упирается в выступающую часть закрепительной втулки. Шестигранная гайка имеет на наружной стороны 11 пазов для установки в них хвостовика стопорной планки. Последняя размещается в пазу торца оси и укрепляется двумя болтами диаметром 12 мм. Круглая гайка (рис 30 б) имеет два отверстия с резьбой М 12 для крепления стопорного кольца, которое своими хвостовиками входит в пазторца оси. Торцевые гайки, стопорные планки и кольца изготовляют из стали марки Ст 5. Гайки допускаются делать из стали марки Ос. В (ГОСТ 4728 -72), планку – из стали марки 40 (ГОСТ 1050 – 60). Применяются также гайки планки, изготовленные методом точного литья из стали марки 40 Л 1 (ГОСТ 977 – 65). Неперпендикулярность привалочной плоскости к оси резьбы гайки допускается не более 0.2 мм. Заусенцы не допускаются острые кромки притупляются до р»0,5 мм. Резьба на гайке, проверяемая при изготовлении калибрами, должна иметь предельные отклонение диаметров резьбы с полем допуска 5Н6Н по ГОСТ 16093 – 70 вместо класса точности 2а у осей, изготовленных до 1974 г. Для повышения надежности крепления подшипников в осевом направлении с целью предотвращения ослабления торцевых гаек в последних применяются упругие резиновые кольца. В настоящее время существуют два варианта таких гаек. В варианте №1 (рис. 30 в) используется типовая торцевая гайка. Для размещения упругого элемента кольца 1 и шайбы 2 на торце гайке 3 со стороны плоского упорного кольца выполняется паз. Кольцо диаметром 128 мм. изготавливается из круглой резины диаметром 20 мм. марки Н – 2616 в по МРТУ 38 -5 -204 – 65, а шайбу – из стали марки Ст3. В варианте №2 применяется специальная гайка (рис. 30 г). Гайка 6 имеет специальный паз для размещения резиновой прокладки 4 и шайбы 5
|
|
|
