CZ295026B6

CZ295026B6 - Vysokootáčkové ložisko pro uložení spřádacího rotoru rotorového dopřádacího stroje

Info

Publication number: CZ295026B6
Application number: CZ20031203A
Authority: CZ
Inventors: František Ing. Csc. Kříž; Pavel Ing. Csc. Manhalter; Miloš Ing. Mládek; Jiří Ing. Csc. Sloupenský
Original assignee: Rieter Cz A. S.
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2005-05-18
Also published as: SK1632004A3; DE102004019530B4; CZ20031203A3; DE102004019530A1

Abstract

Vysokootáčkové dvouřadé ložisko pro uložení spřádacího rotoru rotorového dopřádacího stroje s otáčkami nad 100 000 min.sup.-1.n. obsahuje pouzdro (1) se dvěma oběžnými drahami (11) pouzdra a hřídel (2) se dvěma odpovídajícími oběžnými drahami (21) hřídele, vytvářejícími dvojice oběžných drah, v každé z nich jsou uloženy kuličky (3) z technické keramiky, vedené klecí (4), zejména textitovou nebo plastovou. Průměr hřídele (2) je na části délky mezi vnitřními oběžnými drahami (21) zesílen v poměru základního průměru hřídele, určeného pro kontakt s hnacím řemenem, k zesílenému průměru v intervalu 0,6 až 0,95. Poměr součtu délek (a.sub.1.n., a.sub.2.n.) částí hřídele (2) o základním průměru mezi oběžnými drahami (21) hřídele k délce (b) zesílené části (24) hřídele (2) mezi oběžnými drahami (21) hřídele je 0,1 až 0,3. Hodnota přimknutí P oběžných drah (11, 21) ložiska a keramických kuliček (3) přitom může být v rozsahu 0,51 až 0,56.ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká vysokootáčkového dvouřadého ložiska pro uložení spřádacího rotoru rotorového dopřádacího stroje s otáčkami nad 100 000 min^-1, obsahujícího pouzdro se dvěma vnějšími oběžnými drahami pouzdra a hřídel se dvěma odpovídajícími oběžnými drahami hřídele, vytvářejícími dvojice oběžných drah, v každé z nichž jsou uloženy kuličky z technické keramiky, vedené klecí, zejména textitovou nebo plastovou, přičemž průměr hřídele je na části délky mezi oběžnými drahami hřídele zesílen, a to v poměru základního průměru, určeného pro kontakt s hnacím řemenem, k zesílenému průměru v intervalu 0,6 až 0,95.

Dosavadní stav techniky

V současné době se pro uložení spřádacího rotoru rotorového dopřádacího stroje používají vysokootáčková valivá ložiska různých provedení, která umožňují frekvenci otáčení rotoru v rozsahu 40 000 až 105 000 min“¹.

V klasickém provedení je to například speciální dvojřadé kuličkové ložisko vyššího stupně přesnosti, obsahující válcové pouzdro, v němž jsou při jeho okrajích zvenku uložené dělení vnější kroužky kuličkového ložiska kosoúhlého typu, a průměrově neodstupňovaný hřídel s dvojicí od sebe vzdálených oběžných drah, v nichž jsou po obvodu rovnoměrně rozděleny lehkými jednostrannými klecemi ocelové nebo keramické kuličky, přičemž ocelové kuličky jsou určeny pro nižší otáčky a keramické kuličky pro vyšší otáčky. Válcové pouzdro je přitom na koncích vůči hřídeli opatřeno těsněními a mezi oběžnými drahami pro kuličky, hřídelem a válcovým pouzdrem je uspořádáno vnitřní rozvodové pouzdro maziva, sloužící pro rozvádění maziva k oběžným drahám ložisek, přičemž mazivo je v případě potřeby doplňováno otvorem ve válcovém pouzdře.

Známa jsou také speciální dvojřadá vysokootáčková kuličková ložiska vyššího stupně přesnosti, obsahující válcové pouzdro a průměrově neodstupňovaný hřídel, opatřený dvěma od sebe vzdálenými drahami, v nichž jsou uloženy ocelové nebo keramické kuličky, rozdělené rovnoměrně po obvodě lehkými jednostrannými klecemi. Válcové pouzdro je přitom na koncích opatřeno těsněními a mezi oběžnými drahami kuliček, hřídele a válcovým pouzdrem je uspořádáno vnitřní rozvodové pouzdro, sloužící pro rozvádění maziva k oběžným drahám ložisek, přičemž mazivo je v případě potřeby doplňováno zakrytovaným otvorem nebo dvojicí otvorů ve válcovém pouzdře.

Dále je známé speciální dvojřadé vysokootáčkové kuličkové ložisko vyššího stupně přesnosti podle CS 228370 B6, které obsahuje válcové pouzdro a hřídel s oběžnými drahami, v nichž jsou pomocí jednostranných lehkých klecí rovnoměrně po obvodu rozděleny ocelové kuličky. Počet kuliček je buď v obou oběžných drahách stejný neboje zatíženější ložisko u rotoru osazeno větším počtem kuliček. V prostoru mezi válcovým pouzdrem a hřídelem je trvalá náplň maziva ložiska a pouzdro je na koncích opatřeno těsněními.

Konstrukce takového vysokootáčkového ložiska je sice méně techniky náročná a méně nákladná než u klasických vysokootáčkových ložisek, ale při vysokých frekvencích otáček hřídele, zejména při frekvenci nad 90 000 min“¹, je příčinou vysokého energetického namáhání součásti ložiska, čímž se zvyšuje teplota zhoršuje se mazání a zvyšuje opotřebení třením, což má nepříznivý vliv na životnost ložisek a jejich spolehlivost v provozu.

Od ložiska se obecně vyžaduje, aby dostatečně dlouhou dobu plnilo svoji funkci s odpovídající spolehlivostí, přičemž spolehlivost a životnost ložiska pro uložení rotoru dopřádacího stroje při stanovených provozních otáčkách je limitujícím faktorem uplatnění rotorových dopřádacích strojů. V oblasti frekvence otáčení nad 90 000 min“¹ jsou více zatěžovány oběžné dráhy pouzdra a klece, což ovlivňuje množství faktorů, například velká hmotnost valivých tělísek z ložiskové oceli. Tuto skutečnost řeší například patent SK 278 665, u něhož jsou ve dříve popsaných konstrukcích ložiska použity valivé kuličky z technické keramiky. Dalším faktorem s nepříznivým vlivem na tlumení kritických otáček při provozu spřádacího rotoru je nízká dynamická tuhost rotujícího hřídele.

Tento problém řeší například patent CZ 277 083 tak, že hřídel je mezi oběžnými drahami zesílen, a to v poměru základního průměru ke zvětšenému průměru d/D = 0,6 až 0,95. Vzdálenost čela hřídele od první oběžné dráhy je ke vzdálenosti mezi oběžnými drahami v poměru a/1 = 0,4 až 0,57. Část hřídele se zvětšeným průměrem je tedy nesymetricky uspořádána blíže k jednomu čelu hřídele.

Dále je známé sériově vyráběné speciální dvojřadé vysokootáčkové ložisko rotoru dopřádacího stroje typu 72 - 6, které je vyrobeno podle patentu CZ 277 083, jehož hřídel je mezi oběžnými drahami zesílen, přičemž konkrétní poměr základního průměru hřídele k zesílenému průměru d/D = 0,89 a poměr vzdálenosti čela hřídele od první oběžné dráhy ke vzdáleností mezi oběžnými drahami a/1 = 0,5. Ložisko je určeno pro otáčky do 90 000 min^-1. Z konkrétního provedení ložiska vyplývá, že poměr délky zesílené části hřídele k celkové délce hřídele je 0,224. Poměr délky zesílené části hřídele k délce zkrácené části hřídele, která je určena k uložení rotoru, je 0,396. Poměr délky zesílené části hřídele k délce delší části hřídele, která je určena přímo ke kontaktu s hnacím řemenem, je 0,489.

Z DE 2647816 je známé dvojřadé rotorové ložisko pro otáčky do 40 000 min^-1, u něhož je z důvodu zkvalitnění mazání zesílen hřídel mezi oběžnými drahami, a to po celé délce hřídele mezi oběžnými drahami.

Z výše uvedeného vyplývá, že dosud známá speciální dvojřadá vysokootáčková ložiska pro uložení rotoru dopřádacího stroje jsou schopna pracovat při otáčkách rotoru do 100 000 min”¹ a jsou určena především pro aktivní rotory, to znamená pro rotory, opatřené ventilačními otvory, u nichž se podtlak v rotoru vytváří rotací rotoru. Pro uložení bezotvorových rotorů se pro otáčky nad 90 000 min”¹ užívá uložení pomocí odvalovacích kladek, které je však dražší.

Jedním ze základních kritérií posuzování funkčních vlastností ložiska je jeho energetickábilance, zjednodušeně vyjádřená provozní teplotou, která by neměla přesahovat jisté předem určené hodnoty, vhodné pro bezproblémový a bezporuchový provoz zařízení, pro které je ložisko určení. U ložiska pro uložení spřádacího rotoru rotorového dopřádacího stroje je požadována nízká provozní teplota cca do 65 °C při nízké radiální zátěži a vysoká provozní spolehlivost a bezporuchový provoz. Proto se záruční doba těchto speciálních ložisek pohybuje kolem jednoho roku nepřetržitého chodu ložiska (8000 hodin) při maximálních otáčkách ložiska. Zároveň je třeba brát v úvahu hromadné nasazení rotorových ložisek na rotorovém dopřádacím stroji.

Cílem vynálezu je optimalizovat rozměry a konstrukční uspořádání ložiska pro uložení spřádacího rotoru rotorového dopřádacího stroje pro otáčky nad 100 000 min”¹ s cílem dosáhnout až 120 000 min¹ za stejné nebo nižší provozní tepoty jako u ložiska pro nižší otáčky, přičemž požadavky na bezporuchový provoz a spolehlivost ložisek zůstávají minimálně stejné. Zároveň je cílem optimalizace rozměrů ložiska pro bezotvorový rotor.

-2CZ 295026 B6

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo vysokootáčkovým ložiskem pro uložení spřádacího rotoru rotorového dopřádacího stroje s otáčkami nad 100 000 min ¹ podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že poměr součtu délek částí hřídele o základním průměru mezi oběžnými drahami hřídele k délce zesílené části hřídele mezi oběžnými drahami hřídele je v rozsahu 0,1 až 0,3. Poměry rozměrů ložiska jsou optimalizovány na základě dlouhodobých zkoušek s cílem dosažení maximální spolehlivosti při otáčkách nad 100 000 min^-1. Přitom zaručují bezporuchový dlouhodobý provoz ložiska ve spřádacích strojích.

Podle nároku 2 je hodnota přimknutí P oběžných drah ložiska a keramických kuliček v rozsahu 0,51 až 0,56, přičemž je podle nároku 3 výhodné, když se použije nižší hodnota přimknutí na hřídeli a vyšší hodnota přimknutí v pouzdru tak, aby se zvýšila dynamická i statická únosnost ložiska, a tím i jeho trvanlivost a nezhoršila se energetická bilance.

Poměr délky zesílené části hřídele k celkové délce hřídele je s výhodou v rozsahu 0,3 až 0,4.

Poměr délky vyložení hřídele pro spřádací rotor k délce vyložení hřídele, tvořící přeslen, je 0,5 až 0,8. Kratší vyložení hřídele je určeno pro uložení bezotvorového spřádacího rotoru. Ložisko je optimalizováno pro uložení bezotvorového spřádacího rotoru, tedy spřádacího rotoru s externím sáním, a pro otáčky až 120 000 min“¹.

Přitom je výhodné, jsou-li délky nezesílených částí hřídele mezi vnitřními oběžnými drahami shodné, takže zesílení hřídele je vytvořeno symetricky mezi oběžnými drahami.

Přehled obrázků na výkresech

Příkladné provedení vysokootáčkového ložiska podle vynálezu je uvedeno na obrázcích, kde značí obr. 1 schéma podélného řezu ložiskem a obr. 2 detail geometrie oběžných drah a kuličky.

Příklady provedení vynálezu

Vysokootáčkové ložisko pro uložení spřádacího rotoru rotorového dopřádacího stroje, zejména bezotvorového spřádacího rotoru, s otáčkami nad 100 000 min“¹ podle vynálezu obsahuje ocelové válcové pouzdro 1 se dvěma oběžnými drahami 11 pouzdra a ocelový hřídel 2, v němž jsou vytvořeny dvě oběžné dráhy 21 hřídele. Každá oběžná dráha 11 pouzdra 1 a k ní příslušná oběžná dráha 21 hřídele 2 vytvářejí dvojici oběžných drah. V každé dvojici oběžných drah jsou uloženy kuličky 3 z technické keramiky, které jsou vedeny klecí 4, jež je ve znázorněném a popisovaném příkladu provedení textitová, může však být plastová nebo kovová. Pouzdro 1 je na koncích opatřeno těsněními 5, která uzavírají prostor mezi pouzdrem 1 a hřídelem 2 a vytvářejí vnitřní ložiskový prostor 100, který je známým způsobem vyplněn mazivem, které lze známým neznázoměným způsobem v případě potřeby doplňovat. Rozměry a tvar ložiska jsou optimalizovány s cílem dosažení maximální spolehlivosti při otáčkách nad 100 000 min“¹ a použití bezotvorového spřádacího rotoru, tedy spřádacího rotoru s externím zdrojem podtlaku pro předení. Z tohoto důvodu bylo třeba přesně naladit pružnost hřídele ložiska, zlepšit dynamiku ložiska a zabezpečit maximální tlumení vysokofrekvenčních vibrací v ložisku. Při optimalizaci se prokázalo, že naladěním důležitých rozměrů ložiska a jeho součástí a především poměrných hodnot těchto rozmezí lze dosáhnout vyšších otáček ložiska při nezměněné nebo vyšší spolehlivosti ve srovnání s ložisky do 100 000 min“¹. Užití keramických kuliček snižuje hmotnost ložiska, a v důsledku nižší hmotnosti keramických kuliček ve srovnání s ocelovými se snižuje namáhání oběžných drah a tedy i jejich opotřebení, čímž se zvyšuje spolehlivost ložiska. Kritické otáčky při provozu spřádacího rotoru jsou ovlivňovány zejména dynamickou tuhostí rotujícího hřídele 2 ložiska.

-3 CZ 295026 B6

Hřídel 2, jehož celková délka I je v rozmezí 90 až 150 mm, je na části délky mezi oběžnými drahami 21 hřídele zesílen. Část hřídele 2 o základním průměru d[ v rozmezí 6 až 12 mm, přičemž část hřídele 2 o základním průměru tvoří na jedné straně od oběžných drah 21 hřídele vyložení 22 hřídele pro neznázoměný spřádací rotor a na druhé straně vyložení 23 hřídele tvoří část hřídele 2 o základním průměru přeslen, jehož obvodová plocha je určena pro kontakt s neznázoměným hnacím řemenem. Vyložení 22 hřídele pro spřádací rotor má délku f, měřeno od jemu nejbližší oběžné dráhy 21 hřídele, a vyložení 23 hřídele, tvořící přeslen, jehož obvodová plocha je určena pro kontakt s neznázoměným hnacím řemenem, má délku g, měřeno od jemu nejbližší oběžné dráhy 21 hřídele. Poměr základního průměru d₂ k průměru d? zesílené části 24 hřídele je v intervalu dj/d₂ = 0,6 až 0,95. Zesílená část 24 hřídele je mezi oběžnými drahami 21 umístěna ve vzdálenosti ai a a₂ od oběžných drah 21 a ve znázorněném provedení jsou si vzdálenosti a₂ a a? rovny. Poměr součtu délek ai, a₂ částí 221 a 231 hřídele 2 o základním průměru mezi oběžnými drahami 21 hřídele k délce b zesílené části 24 hřídele mezi oběžnými drahami 21 hřídele je 0,1 až 0,3. Naladění pružnosti těchto krajních úseků ai, a? částí 221 a 231 hřídele 2 o základním průměru zlepšuje dynamiku ložiska. Poměr B délky b zesílené části 24 hřídele 2 k celkové délce I hřídele 2 je v rozsahu 0,3 až 0,4.

Pouzdro 1 má vnější průměr v rozmezí 18 až 30 mm. V místě oběžných drah 11 má stěna pouzdra 1 tloušťku j. Přitom pro dosažení požadovaných parametrů ložiska je optimalizovaný poměr A průměru i keramické kuličky 3 k tloušťce j stěny pouzdra 1 v místě oběžné dráhy 11 v rozsahu 0,6 až 0,8, což přispívá k potřebnému tlumení vysokofrekvenčních vibrací. Přitom lze s výhodou použít například kuličky standardního průměru 3,175 mm. Poměr podílu A průměru i kuličky a tloušťky j stěny pouzdra 1 v místě oběžné dráhy 11 pouzdra k podílu B délky b zesílené části hřídele 2 k celkové délce I hřídele 2 je v rozsahu 1,5 až 2,6.

Dynamická únosnost ložiska je významně ovlivněna přimknutím P oběžných drah a kuliček, tj. poměrem příčného rádiusu R oběžné dráhy a průměru i keramické kuličky 3. Hodnota přimknutí P oběžných drah a kuliček je u dosud používaných ložisek pro uložení rotoru rotorového dopřádacího stroje cca 0,54. U ložiska dle vynálezu může být hodnota přimknutí P oběžné dráhy 21 pouzdra ke keramické kuličce vyšší než hodnota přimknutí P oběžné dráhy 11 hřídele 1 ke keramické kuličce 3, která je naopak nižší. Například hodnota přimknutí P oběžné dráhy 21 pouzdra ke keramické kuličce 3 je v intervalu 0,54 až 0,56 a hodnota přimknutí P oběžné dráhy H hřídele 1 ke keramické kuličce 3 je z intervalu 0,51 až 0,54. Je však také možné zvolit hodnotu přimknutí P oběžné dráhy 11 hřídele 1 ke keramické kuličce 3 z intervalu 0,51 až 0,52 a hodnotu přimknutí P oběžné dráhy 21 pouzdra ke keramické kuličce 3 v intervalu 0,52 až 0,56. Zvýší se tak dynamická i statická únosnost ložiska a tím i jeho trvanlivost a nezhorší energetická bilance.

Na vyložení 22 hřídele pro spřádací rotor je uložen bezotvorový spřádací rotor. Poměr délky f vyložení 22 hřídele 2 pro spřádací rotor k délce g vyložení 23 hřídele 2, tvořícího přeslen pro řemen, je v rozsahu 0,5 až 0,8.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Vysokootáčkové dvouřadé ložisko pro uložení spřádacího rotoru rotorového dopřádacího stroje s otáčkami nad 100 000 min“¹, obsahující pouzdro se dvěma oběžnými drahami pouzdra a hřídel se dvěma odpovídajícími oběžnými drahami hřídele, vytvářejícími dvojice oběžných drah, v každé z nich jsou uloženy kuličky z technické keramiky vedené klecí, zejména textitovou nebo plastovou, přičemž průměr hřídele je na části délky mezi oběžnými drahami hřídele zesílen v poměru základního průměru hřídele, určeného pro kontakt s hnacím řemenem, k zesílenému průměru v intervalu 0,6 až 0,95, vyznačující se tím, že poměr součtu délek (a_b a₂) částí hřídele (2) o základním průměru mezi oběžnými drahami (21) hřídele k délce (b) zesílené části (24) hřídele (2) mezi oběžnými drahami (21) je v rozsahu 0,1 až 0,3.
2. Vysokootáčkové dvouřadé ložisko podle nároku 1,vyznačující se tím, že hodnota přimknutí P oběžných drah (11, 21) ložiska a keramických kuliček (3) je vrozsahu 0,51 až 0,56.
3. Vysokootáčkové dvouřadé ložisko podle nároku 2, vyznačující se tím, že hodnota přimknutí P oběžné dráhy (21) pouzdra ke keramické kuličce (3) je větší než hodnota přimknutí P oběžné dráhy (11) hřídele ke keramické kuličce (3).
4. Vysokootáčkové dvouřadé ložisko podle libovolného z nároků 1 až 3, vyznačující se t í m , že poměr délky (b) zesílené části (24) hřídele (2) kcelkové délce (I) hřídele (2) je v rozsahu 0,3 až 0,4.
5. Vysokootáčkové dvouřadé ložisko podle libovolného z nároků 1 až 4, vyznačující se t í m , že poměr délky (f) vyložení (22) hřídele (2) pro spřádací rotor kdélce (g) vyložení (23) hřídele (2), tvořícího přeslen pro řemen, je 0,5 až 0,8.
6. Vysokootáčkové dvouřadé ložisko podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že na kratším vyložení hřídele je uložen bezotvorový rotor.
7. Vysokootáčkové dvouřadé ložisko podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že délky (a_b a₂) částí hřídele (2) o základním průměru mezi oběžnými drahami (21) hřídele jsou shodné nebo přibližně shodné.