국내 철강 공장에서 압연기의 속도가 증가하여 백업 롤에 4열 원통형 롤러 베어링의 고온 상승이 발생했습니다. 이러한 문제를 고려하여 속도 증가 전과 후 베어링의 마찰 토크와 발열량을 계산하여 비교한다. 마찰 토크에 대한 속도의 영향은 명확하지 않으며 열 값에 대략 비례함을 보여줍니다. 베어링의 온도 상승이 최적화되었습니다. 취해진 주요 조치는 슬라이딩 부품의 접촉 면적을 줄이고 냉각 오일 회로를 추가하고 접촉 표면의 거칠기를 줄이고 베어링 오일 구멍을 최적화하고 방열 효과를 향상시키는 것입니다. 롤러 단면과 리브 사이의 접촉에 대한 단순화된 계산 방법이 제안됩니다. 적용 후 최적화된 베어링의 온도 상승은 분명히 느려지고 서비스 수명이 향상됩니다.
공급측 구조 개혁이 계속 추진되고 전례 없는 심각한 환경 보호 압력으로 많은 제철소가 생산 능력 순위에 올랐다. 그러나 국내 대형 제철소는 당분간 공급이 부족하다. 따라서 압연 속도를 증가시켜 효율을 높이는 목적을 달성했습니다. 철강 공장에서 1250 냉간 압연 라인의 백업 롤에 대한 4열 원통형 롤러 베어링의 속도는 동일한 압연력 및 윤활 모드에서 197R/min에서 257R/min으로 증가합니다. 속도를 높인 후 베어링 온도가 너무 많이 올라가 알람이 멈춥니다. 불완전한 통계에 따르면 이 모델은 국내 20개에 가까운 제철소에서 약 200개 라인에 사용되었으며 시장 가동률이 매우 높아 최적의 설계에 가치가 있습니다. 4열 원통형 롤러 베어링의 구조는 그림 1에 나와 있습니다. 전체 치수는 Φ 690 × Φ 980 × 750, 재질은 G20Cr2Ni4A, 케이지는 기둥으로 용접되며 정확도 등급은 P5, 베어링 용량 Cr은 20700kN, cor는 56500kN입니다.
1. 속도 증가의 영향
1.1 마찰 토크의 변화
베어링의 온도 상승은 주로 작업 과정에서 베어링 내부의 마찰로 인해 발생합니다. 베어링의 마찰 모멘트를 계산하는 공식은 여러 가지가 있으며 여기에서는 Harris TA 공식을 사용합니다.
공식의 경우: m은 총 마찰 거리, Nmm입니다. M0은 무부하 베어링의 마찰 거리, M1은 하중으로 인한 마찰 거리, Nmm입니다. F0 및 F1은 경험적 계수입니다. ν는 윤활유의 동점도, mm2 / S (윤활 그리스의 기유 점도)입니다. n은 베어링 속도, R / min입니다. P는 등가 하중 N입니다. Dpw는 피치 직경(mm)입니다.
카탈로그에서 매개변수 값은 F0=2, F1=0.0003, ν=12mm2/s, n=속도 증가 전 197r/min, 속도 증가 후 257r/min, DPW=836mm, 적용 조건에서 최대 구름력은 다음과 같습니다. 약 1000톤, P=5 × 106n. 계산 결과는 표 1에 나와 있습니다.
위의 표에서 속도가 30.46% 증가하면 무부하 베어링의 마찰토크 M0이 19.39% 증가하고 하중에 의한 마찰토크 M1은 변하지 않음을 알 수 있다. 그러나 큰 하중으로 인해 M1은 총 마찰 토크의 많은 부분을 차지하며 총 마찰 토크는 0.32%만 증가합니다. 분명히 베어링은 저속 및 중부하 조건에 속합니다. 이 때 하중은 베어링 마찰 토크를 일으키는 주요 요인이며 속도 변화는 베어링의 총 마찰 거리 변화에 거의 영향을 미치지 않습니다.
1.2 베어링 발열량의 변화
베어링 발열량 계산식은 다음과 같습니다.
여기서 q는 발열량, W. 마찰 토크와 속도를 계산에 대입하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.
위의 계산에서 베어링의 총 마찰 토크는 0.32% 증가하는 반면 베어링의 발열량은 30.87% 증가함을 알 수 있습니다. 마찰 토크의 작은 변화로 인해 발열량(30.87% 증가)과 회전 속도(30.46% 증가)가 대략 비례하여 증가합니다. 결과는 또한 베어링 가열이 다양한 내부 구름 미끄럼 마찰에서 발생하지만 베어링 마찰 토크를 줄이는 것만으로 베어링 가열 문제를 해결할 수 있다는 것을 이해하는 것은 정확하지 않음을 보여줍니다. 이 경우 베어링 발열은 주로 하중과 속도와 관련이 있음을 알 수 있습니다.
2. 압연기 베어링의 최적화 설계
위의 분석에서 베어링의 열출력이 더 증가함을 알 수 있으며, 열을 방출하기 위한 조치를 취해야 합니다. 베어링의 열 전달 모드는 주로 열 전도, 열 대류 및 열 복사입니다. 베어링 가열 효율과 방열 효율의 계산은 매우 복잡합니다. 방열효율에 영향을 미치는 주요 변수는 접촉응력, 미끄럼 속도, 유막 관련 변수, 접촉면적이라는 관련 계산식을 통해 알 수 있다. 따라서 작업 조건 변경 후 작업 요구 사항을 충족하기 위해 최적화 설계 아이디어는 다음과 같습니다.
1) 슬라이딩 부분은 접촉 면적을 줄입니다.
2) 슬라이딩 부분에는 냉각 오일 회로가 제공됩니다.
3) 접촉면의 거칠기를 줄이고 가공 질감을 최적화합니다.
4) 베어링 오일 구멍을 최적화하고 개수와 직경을 늘립니다.
2.1 베어링 피치 원 크기의 최적화
원의 발열량은 발열 방정식에서만 조정할 수 있습니다. 이 방정식은 베어링의 내부 접촉을 기반으로 하지 않습니다. DPW를 줄이면 마찰 토크를 줄이는 데 도움이 됨을 알 수 있습니다. 특히, M0는 피치 원 직경의 3승과 양의 상관관계가 있으며, 이는 크게 변화합니다.
또한 회전 요소가 베어링 캐비티의 윤활유를 회전할 때 통과할 때도 마찰열이 발생합니다. 계산식은 다음과 같습니다.
이 공식에서 hrdrag는 마찰 가열 속도입니다. ω m은 롤러의 회전 속도, rad / S입니다. FV는 점성 견인력, N입니다. Z는 롤러의 수입니다. J는 nm/s에서 W로의 변환 상수이다. 마찰 가열 속도는 롤러의 피치 직경과 회전 속도에 정비례함을 알 수 있다. 롤러에 대한 내부 캐비티 윤활제의 가열 속도는 속도 증가 후에 정비례하여 증가하는데, 이는 윤활제가 많을수록 더 좋다는 것을 간접적으로 나타냅니다.
결론적으로 베어링의 내부 구조는 베어링의 피치 원 크기를 줄이기 위해 최적화되었습니다. 피치 직경은 베어링 하중 및 수명과도 관련이 있으며 감소가 제한됩니다.
2.2 링 플랜지와 롤링 요소 사이의 접촉 최적화
원통형 롤러 베어링은 주로 반경 방향 하중을 지지하고 링 플랜지에 따라 축 방향 하중도 지지합니다. 접촉면에는 속도 차이로 인해 롤러 단면과 리브 사이에 미끄럼 마찰이 있습니다. 롤러 양쪽 끝의 슬라이딩이 다르면 마찰력이 클수록 작업 과정에서 롤러가 비뚤어집니다. 롤러 단면과 링 플랜지의 형상은 이들 사이의 미끄럼 마찰과 유막 형성에 중요한 영향을 미칩니다. 일반적으로 접촉의 마찰 효과는 표면 접촉의 마찰 효과에 비해 가장 좋은 것으로 간주됩니다. 롤러 단면과 리브 사이의 접촉 상태를 개선하기 위해 롤러 단면은 볼 베이스 표면을 채택하고 링 리브는 경사 리브를 채택합니다. 이론적인 계산을 통해 롤러 구면 베이스 표면의 중심과 링 리브 사이의 접촉점 위치를 제어하여 최상의 윤활 상태를 달성합니다. 계산은 다음과 같습니다.
그림 2에서 h는 리브의 높이, H1은 오일 구멍 크기가 없는 리브의 높이, a는 중간점, R은 롤러 단면의 호, 접촉각은 α, S는 최대 정리. 그림 2A에 관계가 있습니다.
여기서 DW는 롤러 직경(mm)입니다. 롤러 직경과 리브 높이를 알면 롤러 단면 R의 값은 각도 α를 결정하여 결정할 수 있습니다. 방정식으로 계산된 접점은 실제로 오일 홈의 크기를 포함하는 플랜지의 중간 지점이며 더 정확한 계산은 지점 H1의 중간 지점인 오일 홈의 크기를 제외해야 합니다. 따라서 다음과 같이 수정되어야 한다.
플랜지에 가해지는 힘:
균일한 힘을 보장하기 위해 롤러 끝면과 리브 가장자리 사이의 접촉 간격은 0보다 크거나 같아야 합니다. 강철 강철 점 접촉의 압축은 다음과 같습니다.
공식에서 η δ 계수는 표 [4]에서 찾을 수 있습니다. Σ ρ는 주곡률합 함수이며, 그 계산식은 다음과 같다.
그림 2B의 기하학적 관계에 따르면 최대 간격은 다음과 같습니다.
δ는 ≤ s이어야 합니다. α와 R의 값은 식 (5) ~ (10)에서 구할 수 있으며, 롤러의 축력 FA는 베어링의 전체 축력이 각 롤러에 고르게 분포되어 있으므로 단순화할 수 있다. 실제로 경험에 따르면 α는 일반적으로 10'~30' 사이입니다. 베어링의 작업 조건이 저속 및 고하중일 때 유막을 형성하기 위해 큰 처짐 각도를 취해야 합니다. 평면 접촉에 비해 점 접촉 주위에 유막이 형성되기 쉽습니다. 슬라이딩 과정에서 유막은 열을 제거할 수 있습니다. 알고리즘은 정확하지 않으며 더 정확한 알고리즘은 EHL의 관련 이론을 사용해야 합니다. 엔지니어링 실습의 경우 알고리즘은 간단하고 실용적이며 각도 α의 값을 대략적으로 계산할 수 있습니다. 또한 10'~30' 사이의 일정한 고정값을 정확하게 제어하기 어렵다. 현재 가공 정확도에서. 특정 허용 오차 범위 내에서 위의 알고리즘이 올바른 것으로 간주될 수 있습니다.
2.3 중간 리테이닝 링의 접촉면 최적화
중간 리테이닝 링과 외부 링과 롤러 단면 사이에는 넓은 접촉 영역이 있습니다. 중간 리테이닝 링의 하반부는 경사 리브로 설계되었으며 오일 홈이 설계되었습니다. 슬라이딩 영역을 줄이고 냉각 오일 방식을 늘릴 수 있습니다.
2.4 케이지 구조 최적화
포스트 용접 리테이너는 여전히 사용됩니다. 베어링 작업 과정에서 지지대가 롤러를 안내하고 중앙 집중화하여 롤러가 비뚤어지는 것을 방지하므로 스트럿과 롤러 스트럿 구멍 사이의 접촉면이 충격과 슬라이딩 마찰을 생성합니다. 회전 과정에서 지지면과 롤러 지주 구멍 사이의 접촉 상태를 개선하고 그들 사이의 마찰을 줄이기 위해 롤러 지주 구멍을 미세하게 넓혀 롤러 지주 구멍의 표면 거칠기 등록을 개선하고 롤러 작동의 안정성. 이 조치는 또한 스트럿과 롤러가 잘 맞지 않아 롤러가 흔들리거나 기울어져 롤러가 궤도에서 추가 슬라이딩 마찰을 생성하고 리브의 힘과 마찰을 개선하는 것을 방지하기 위한 것입니다.
동시에 롤러 스트럿 구멍의 양쪽 끝에 경사를 남기거나 큰 모따기 처리를 수행하면 스트럿과 롤러 구멍 사이의 접촉 면적을 줄이고 스트럿에 대한 롤러의 전단 응력을 줄일 수 있습니다. 동시에 와셔의 기둥 구멍 직경의 공차, 원주 방향으로 두 개의 인접한 기둥 구멍 사이의 공차 및 기둥 헤드의 용접 품질을 제어하여 조립 정확도를 보장합니다. 롤러와 지지대의.
2.4 레이스웨이 거칠기 최적화
작업 표면의 거칠기는 내마모성에 큰 영향을 미칩니다. 표면 품질이 좋을수록 유막 형성에 더 유리하여 마찰 계수를 줄이고 마찰 가열을 줄이며 궤도면의 마모를 늦춥니다. 무거운 하중 조건에서 베어링은 큰 반경 방향 하중을 견디므로 작업면에 쉽게 높은 접촉 응력이 발생합니다. 작업 표면의 거칠기가 좋지 않으면 파도의 마루와 골이 날카로운 모서리 노치 및 균열과 같으며 응력 집중에 민감하여 부품의 피로 강도에 영향을 미칩니다. 결과는 거칠기 피크 높이 매개변수가 압력 분포와 유막 두께에 가장 분명한 영향을 미친다는 것을 보여줍니다. 거칠기 피크 높이가 증가함에 따라 압력 피크의 수와 진폭이 증가하는 반면 최소 유막 두께는 감소합니다. 파장이 작을 때 피크 높이의 작은 변화는 유막의 최대 온도 상승을 급격히 증가시킵니다. 파장이 크면 유막의 최대 온도 상승은 피크 높이의 변화에 민감하지 않습니다. 유막 형성 및 온도 상승에 대한 표면 거칠기의 영향은 매우 복잡하다는 것을 관련 연구에서 알 수 있습니다.
이 경우 페룰의 궤도는 초정삭입니다. 표면 거칠기를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 더 나은 질감을 형성하고 궤도의 탄성 유체 역학 윤활 특성을 완전히 개선하고 구름 미끄럼 마찰을 줄이고 온도 상승을 줄일 수 있습니다. 고급 장비 1.6m magerle superfinishing 기계를 사용하여 궤도 거칠기는 Ra0.2 이하에 도달할 수 있습니다. 동시에 궤도의 초정밀도 볼록한 프로파일을 형성하여 궤도의 접촉 응력을 크게 향상시킬 수 있습니다.
3. 최적화 효과
위의 최적화 조치를 통해 최적화된 베어링을 제철소에 시험 사용하도록 설치하고 베어링의 사용 상태를 추적 및 기록했습니다. 최대 속도 250r/min, 최대 구름력 약 1000t의 작업 조건에서 현재까지(5개월 사용) 베어링의 과열 현상이 없습니다. 최적화된 베어링은 속도 증가 후 작업 조건을 충족합니다.
4. 결론
속도의 증가와 효율성의 증가는 미래 철강 산업의 발전 추세가 되었습니다. 4열 원통 롤러 베어링의 설계도 온도 상승을 줄이는 방향으로 발전해야 합니다. 취해진 조치는 한편으로는 접촉면의 구름 미끄럼 마찰을 감소시키고 다른 한편으로는 베어링 방열의 효과적인 조치를 연구하는 것입니다. 현재 베어링 가열 및 방열 이론은 여전히 더 심도 있고 체계적인 연구가 필요하며 관련 이론은 특히 베어링 개발 및 설계 단계에서 엔지니어링 응용 분야에서 적극적으로 실천으로 전환되어야 합니다.
확인해주세요제품 가이드기계에 적합한 베어링을 선택합니다.