Практически во всех машинах и механизмах имеются как вращающиеся, так и неподвижные части. Соединение вращающихся и неподвижных частей осуществляется при помощи подшипников. Подшипник обычно состоит из четырех частей:
внутреннее кольцо – оно плотно надевается на вращающуюся часть (вал) и вращается вместе с ним;
наружное кольцо – оно устанавливается в неподвижное «посадочное место» и само остается неподвижным;
ролики или шарики – расположены между кольцами, они перекатываются при вращении, благодаря чему снижается трение и обеспечивается легкость вращения;
сепаратор ( в переводе на русский – разделитель) – это такая решетка, которая отделяет ролики друг от друга, чтобы они не наезжали один на другой и не мешали друг дружке перекатываться.
Вагоны - не исключение. Колесные пары вагонов соединяются с их тележками при помощи подшипников. Внутренние кольца закрепляются на шейках оси колесной пары, а наружные – неподвижны относительно рамы тележки.
Подшипники должны работать в смазке, причем смазка должна быть чистой. Поэтому во всех технических устройствах подшипники размещают в какой-то полости или коробке, которая заполнена смазкой и герметично отделена от окружающей среды. Собственно говоря, такие коробки с подшипниками и смазкой и называются вагонными буксами.
На фото - учебное пособие: букса со снятыми крышками и разрезанным корпусом.
Видны наружные кольца двух подшипников
Кроме функции соединения вращающихся и неподвижных частей, буксовые узлы выполняют еще ряд важных задач.
Они обеспечивают передачу нагрузки от кузова вагона на шейки осей и ограничивают продольные и поперечные перемещения колесной пары относительно тележки. Вместе с колесными парами они являются наиболее ответственными элементами ходовых частей вагона.
Буксовый узел неподрессорен и жестко воспринимает динамические нагрузки от рельсового пути, возникающие при движении вагона. Кроме постоянно действующих нагрузок от массы брутто, буксовый узел испытывает значительные удары при прохождении колес по стыкам рельсов, от толчков во время торможения поезда или наезда колес на башмак при роспуске вагонов с горки, от действия центробежной силы при прохождении кривых участков пути и др.
Основными требованиями, предъявляемыми к буксовым узлам, являются:
безотказность и долговечность работы в существующих условиях эксплуатации в течение установленных сроков службы;
небольшая собственная масса;
взаимозаменяемость и унификация деталей;
простота выполнения монтажа и демонтажа узлов при ремонте и хорошая герметизация буксового узла.
Подшипники
В мировой практике вагоностроения применялись буксовые узлы на подшипниках качения и подшипниках скольжения. Буксовые узлы отечественных вагонов, а также современых конструкций зарубежных вагонов, оборудованы исключительно подшипниками качения (роликовыми подшипниками). Это обусловлено тем, что роликовые подшипники обеспечивают реализацию высоких скоростей движения и осевых нагрузок, а также более надежны и экономичны в эксплуатации.
В практике вагоностроения используются три основных типа роликовых подшипников: цилиндрические однорядные — с короткими цилиндрическими роликами, сферические двухрядные — со сферическими роликами, конические одно- и двухрядные — с коническими роликами. Наибольшее распространение в отечественных и зарубежных вагонах получили цилиндрические роликовые подшипники. С 1964 г. отечественные вагоны на сферических подшипниках не выпускаются.
Внутри корпуса буксы обычно размещаются два подшипника качения. Подшипники для букс грузовых и пассажирских вагонов железных дорог МПС единые. Это роликовые цилиндрические подшипники — радиальные однорядные подшипники с короткими цилиндрическими роликами размером 130x250x80 мм.
Типы роликов: а — со скосами; б — с рациональным контактом "бомбиной"
Ролики имеют форму цилиндра, образующая которого представляет прямую линию, параллельную оси вращения подшипника и перпендикулярную радиальной нагрузке. Поэтому радиальная нагрузка распределяется по длине и хорошо воспринимается цилиндрической поверхностью тел качения, а осевая — лишь торцами роликов. Для предупреждения вредного влияния перекоса буксы и прогиба шейки оси на работу цилиндрических подшипников ролики стали изготавливать со скосами "бомбиной".
Роликовый подшипник состоит из наружного и внутреннего колец, между которыми находятся ролики. Последние удерживаются в сепараторе на одинаковом расстоянии друг от друга. Наружное кольцо одинаковое как для переднего, так и для заднего подшипника.
Оно имеет наружный диаметр 250 мм, плотно (хотя и с небольшим зазором) входит в корпус буксы. Его внутрення поверхность имеет канавку или желобок, по которой перекатываются ролики. Края канавки не позволяют роликам сместиться ни вправо, ни влево. Кстати, на этой картиночке, которую мы не сами рисовали, а позаимствовали - явный "косяк": с одной стороны бортик нарисован, а с другой нет. Внутреннее кольцо переднего и заднего подшипников неодинаковы. Задний подшипник выполнен с однобортовым внутренним кольцом, а передний — с безбортовым внутренним кольцом. Почему так - будет объяснено позднее.
Подшипники, имеющие один упорный борт на внутреннем кольце или оборудованные одним приставным кольцом, называются полузакрытыми. Они хорошо воспринимают радиальную нагрузку (направленную перпендикулярно оси вращения подшипников), а осевую — ограниченной величины — только со стороны борта или приставного кольца.
Передний подшипник имеет условное обозначение 232726 ГОСТ 18752, а задний — 42726 ГОСТ 18752. По этим обозначениям можно судить о размерах подшипника и его конструктивных разновидностях. Задний подшипник это тот, который ближе к колесу.
Внутреннее кольцо подшипника устанавливается на шейку оси с натягом, а наружное в корпус буксы — свободно. Вращение шейки оси вместе с внутренним кольцом подшипника вызывает вращение роликов вокруг своих осей и перекатывание по дорожкам качения между наружным и внутренним кольцами. Свободное перемещение роликов обеспечивается наличием радиального и осевого зазоров.
Радиальный зазор измеряется в свободном от нагрузки подшипнике и представляет собой сумму зазоров между дорожками качения колец и роликом. Осевой зазор измеряется между торцами роликов и бортами колец. Для новых подшипников на горячей посадке радиальный зазор 115-170 мкм, а осевой зазор 70-150 мкм. Причем меньшие значения зазоров рекомендуются для грузовых вагонов, а большие — для пассажирских. Сепаратор представляет собой кольцо, изготовленное из латуни ЛЦ400МцЗЖ с наличием окон для установки роликов. Для удержания роликов от выпадания из сепаратора производится расчеканка его перемычек.
В мировой практике широко применяются пластмассовые сепараторы. Их важнейшие преимущества — незначительная масса, хорошие антифрикционные качества, возможность изготовления методом литья или под давлением с незначительными затратами. При недостаточной смазке пластмассовые сепараторы проявляют свои аварийные ходовые качества. В результате они нашли широкое применение за рубежом в качестве заменителей массивных латунных сепараторов.В настоящее время разработана и принята к серийному производству рамная конструкция отечественного сепаратора из стеклонаполненного полиамида, обеспечивающая существенное повышение надежности работы буксового узла за счет устранения износов сепаратора по центрирующей поверхности и перемычкам. При этом устраняются окисление смазки, задиры торцов роликов и бортовых колец, исключается заклинивание подшипников из-за разрушения сепаратора. Новая конструкция сепаратора позволила повысить живучесть буксового узла в аварийном режиме и снизить необрессоренную массу подшипника.
Полиамидный сепаратор. В латунном сепараторе 14 роликов, а в полиамидном 15
Для изготовления колец и роликов применяется сталь марки ШХ4. Раньше кольца и ролики подшипников изготавливались из стали марки ШХ15СГ электрошлакового переплава. В процессе эксплуатации подшипников, изготовленных из таких сталей, проявлялась склонность к хрупкому излому особенно внутренних колец вследствие больших напряжений, возникающих от посадки колец на шейку оси при воздействии радиальной и осевой нагрузок при движении вагона. Исследования показали, что новая сталь марки ШХ4 регламентируемой прокаливаемости обладает высокой твердостью поверхностного слоя и достаточной вязкостью внутренних волокон, что обеспечивает высокую устойчивость хрупкому разрушению по сравнению со сталью ШХ15СГ.
Цилиндрические подшипники, применяемые в вагонах, выполнены разъемными: наружное кольцо, сепаратор, ролики образуют отдельный блок, который свободно снимается и надевается на внутреннее кольцо. Это хорошо видно на картинке. Такая конструкция упрощает технологию монтажа и демонтажа буксового узла, поэтому она находит широкое применение в вагоностроении.
Размер роликового подшипника для вагонных букс 130 х 250 х 80. Это - внутренний (посадочный) диаметр внутреннего кольца х наружный (посадочный) диаметр наружного кольца х ширина колец подшипника.
