Wymagania stawiane metodom obliczeniowym Opisane analityczne metody obliczania łożysk były stosowane ze względnie Opisane analityczne metody obliczania łożysk były stosowane ze względnie

 _{ }      



^ (5.67)

a sumę momentów działających na pierścień B:

1 1 0 0 0 j z y H _m x H ji j i H z Ve H z A F       _ _{  }      



^{ } (5.68)

Podany układ równań należy rozwiązać iteracyjnie, aby znaleźć przemieszczenia uogólnionego pierścienia B: ux, uy, uz, x, y; takich, że praca sił zewnętrznych W ob-ciążających łożysko osiągnie maksimum:



, , , ,



: max

x y

x y z x y V H H

u u u   W W W  (5.69)

Następnie możliwe jest wyznaczenie siły Fji w poszczególnych elementach tocz-nych oraz zmiany kąta działania poszczególtocz-nych elementów tocztocz-nych:

arccos ^{AB AB}

AB AB

 ^

 

  ^(5.70)

5.4. Wymagania stawiane metodom obliczeniowym

Opisane analityczne metody obliczania łożysk były stosowane ze względnie do-brymi rezultatami do łożysk, które posadowione były na sztywnych konstrukcjach wsporczych.

Łożyska wieńcowe wielkogabarytowych maszyn górniczych i innych dużych obiektów istotnie różnią się od konwencjonalnych łożysk tocznych i dlatego dotych-czas brak jest zamkniętych wytycznych ich obliczania i konstruowania.

Wstępny dobór parametrów geometrycznych łożysk oraz podzespołów wsporczych prowadzono dotychczas w sposób uproszczony, bazujący na nabytym przez konstruk-tora doświadczeniu oraz prostych obliczeniach. Następnie po przyjęciu podstawowych wymiarów prowadzono dokładniejsze obliczenia metodami tradycyjnymi. Nie pozwa-lało to na uzyskanie rozwiązań umożliwiających jak najlepsze wykorzystanie miejsca i materiału.

Centralnym elementem każdej metody obliczeń łożyska jest określenie rozkładu obciążenia na poszczególne elementy toczne. Jest to możliwe jedynie w komplekso-wej analizie łożyska wraz z konstrukcjami wsporczymi (stanowiącymi sztywność

konstrukcyjną łożyska) podczas analizy prowadzonej ze względu na różną skalę zja-wisk, równolegle w skali całej maszyny oraz w skali lokalnej (rys. 4.15).

Analiza musi zapewnić syntezę występujących dla poszczególnych elementów tocznych zjawisk lokalnych, uwzględniać rozkład sztywności podzespołów wspor-czych oraz warunki brzegowe z makroanalizy: obciążenia zewnętrzne wpływające w obszar łożyska i wymuszenia kinematyczne.

Dysponując metodą analizy dystrybucji obciążenia na poszczególne elementy toczne, można:

 przeprowadzić analizę sprawdzającą układu łożysko–podzespoły wsporcze–

warunki brzegowe,

 z zestawienia wyników analizy numerycznej z doświadczeniem eksploatacyj-nym dla większej liczby łożysk sformułować wytyczne dotyczące:

‒ doboru łożyska,

‒ doboru podzespołów wsporczych.

‒ opracować metodę ewaluacji układu łożysko–podzespoły wsporcze–warunki

brzegowe.

Rys. 5.17. Schemat ideowy analizy dystrybucji obciążeń w łożysku [340]

W metodzie obliczania wielkogabarytowych łożysk należy brać pod uwagę kilka dotychczas pomijanych zjawisk:

1. Podatność podzespołów wsporczych. Na nośność i trwałość łożyska

zasadni-czy wpływ ma sztywność podzespołów wsporzasadni-czych zarówno nadwozia, jak i podwo-zia. Z porównania sztywności istniejących podzespołów wsporczych i sztywności układu element toczny–bieżnia (rys. 3.4) wynika, że dla dużych średnic podziałowych

deformacja pierścieni po kierunku poosiowym jest znacznie większa niż ugięcie po-szczególnych par bieżnia–element toczny. Dlatego niemożliwe jest określenie rzeczy-wistego rozkładu nacisków bez uwzględnienia sztywności podzespołów wsporczych. Ze względu na ograniczenia masy ustroju nośnego, jego wysokości, niemożliwe jest osiągnięcie korzystnego, równomiernego rozkładu obciążeń w łożysku. Sposób prze-pływu obciążenia z nadwozia na zestawy gąsienicowe powoduje, że powstają tzw. „twarde punkty” (strefy mało podatne, sztywne) zarówno w wymiarze globalnym (miejsca wyprowadzenia podpór), jak i w wymiarze lokalnym (przepony, usztywnie-nia itp.), powodujące znaczną nierównomierność rozkładu nacisków. Jest ona zmienna w czasie z obrotem nadwozia, ma więc charakter dystrybucji grzebieniowej A(t)III(t).

Pomiędzy „punktami twardymi” występują strefy o większej podatności, w których elementy toczne są mniej obciążone, bądź nie przenoszą obciążenia. Strefy takie na-zwano „strefami miękkimi”.

2. Zmienność kąta działania elementu tocznego. W wyniku działania składowej

promieniowej obciążenia, deformacji pierścieni łożyska, odkształceń układu oraz lu-zów następuje zmiana kąta działania poszczególnych elementów tocznych, zależna od chwilowych, lokalnych składowych obciążenia. W wyniku tego następuje nie tylko zmiana kierunku działania siły przenoszonej przez ten element, ale także znaczna nie-równomierność obciążenia.

W łożyskach kulowych zmianie kąta działania towarzyszy często zjawisko prze-wyższenia elementu tocznego. W wyniku względnego przesunięcia dolnego i górnego pierścienia w kierunku prostopadłym do kierunku bieżni. W przypadku różnicy pro-mieni kuli i bieżni kuli następuje wówczas podtoczenie kuli po bocznej ściance bieżni (rys. 5.18), które nawet dla niedużych kątów odchylenia siły od pionu powoduje przemieszczenie poosiowe środka kuli, większe od przemieszczenia spowodowanego sprężystym ugięciem styku kuli i bieżni. Obserwowana jest wówczas pozorna ujemna sztywność poosiowa układu.

Rys. 5.18. Przewyższenie kuli w wyniku poprzecznego przemieszczenia pierścieni łożyskowych

Na rysunku 5.19. zamieszczono wykres zredukowanych przemieszczeń pionowych środka kuli w funkcji obciążenia właściwego kuli dla różnych wartości odchyłki kie-runku działania elementu tocznego. W strefie ugięć ujemnych następuje przewyższe-nie środka kuli. Wartość współczynnika przystawania s jest typowa dla większości stosowanych obecnie w maszynach podstawowych górnictwa odkrywkowego łóż kulowych. Zakres obciążenia właściwego kuli odpowiada łożyskom przeciętnie obcią-żonym. Wartość odchyłki kąta działania  = 15° jest obserwowana w wielu łożyskach na wiotkich podzespołach wsporczych. Kule, które ulegają przewyższeniu są obciążo-ne kilkakrotnie większą siłą niż kule współpracujące z dobciążo-nem rowka.

3. Imperfekcje kształtu. Pierścienie łożysk wielkogabarytowych, mimo

zaawan-sowanych technologii wykonania i montażu, mają imperfekcje kształtu, które wpływa-ją na amplitudę dystrybucji obciążeń. Wynikawpływa-ją one z:

a) dużych rozmiarów, przez co nawet mała wartość względnej tolerancji wykona-nia, skutkuje jej znaczną wartością bezwzględną,

b) małej sztywności giętnej pierścieni i łożyska, co powoduje podatność na od-kształcenia trwałe podczas transportu oraz dostosowanie się do kształtu podze-społów wsporczych.

Przykładowy wykres dopuszczalnych wartości tolerancji wykonania powierzchni podzespołów wsporczych pod łożysko wieńcowe wykonany na podstawie zaleceń firmy Rothe Erde pokazano na rysunku 5.20. Przykładany zmierzony rozkład odchy-łek płaskości dla dźwigara pierścieniowego zwałowarki pokazano na rysunku 5.21. Elementy toczne także nie są jednakowe. W tabeli 5.8 zestawiono dokładności wykonania kul. Poprzez odpowiednie sortowanie elementów tocznych możliwe jest zminimalizowanie skutków różnic średnicy dla poszczególnych kul.

Nowa metoda wyznaczania dystrybucji obciążenia w łożysku musi umożliwiać uwzględnienie imperfekcji kształtu, a w łożyskach momentowych luzów (zacisków) montażowych promieniowych i osiowych.

Rys. 5.19. Występowanie przewyższenia (przemieszczenie środka kuli u/d ujemne), dla różnych kierunków działania elementu tocznego  [°] i obciążeń właściwych kuli p_w odniesionych do modułu sprężystości podłużnej E

Rys. 5.20. Dopuszczalna odchyłka wykonania w kierunku poosiowym podzespołu wsporczego łożyska wielkogabarytowego według firmy Rothe Erde

Rys. 5.21. Odchyłki płaskości dźwigara pierścieniowego zwałowarki o średnicy podziałowej łożyska 10 m

Tabela 5.8. Dokładność wykonania kul wg [212] Klasa dokładności wykonania kulek P0 i P6

Zakres średnic dk [mm] 3050 5080 80120

Odchyłka dopuszczalna dk [mm] 0,0225 0,026 0,030

Selekcja [mm] 0,003 0,004 0,005

W dokumencie Wielkogabarytowe toczne węzły obrotowe : zagadnienia globalne i lokalne (Stron 119-123)