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第二章:轧辊与轧辊轴承2


§2. 轧辊轴承
一、工作特点 1、负荷大——由于尺寸限制,单位压力p是一般轴承的2~4倍, pv值为3~20倍。 2、工作条件恶劣:水、氧化铁皮等容易进入轴承内、受冲击。 二、类型与特点 一般而言、有滚动轴承与滑动轴承两种。 滚动轴承一般采用多列(2列、4列)圆柱、圆锥、球面辊 滚动轴承 子轴承,以提高承载能力。这种轴承刚度大,摩擦系数小,但 体积大,用于板带、线材、

钢坯轧机。
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滑动轴承有半干摩擦轴承,如铜瓦、胶木瓦轴承;多用于 滑动轴承 初轧、型钢轧机,其结构简单,价廉,但磨损大,刚度小 而且寿命短。由于以上原因,目前这种轴承大多被滚动轴 承所替代。 油膜轴承 又称动压轴承其润滑状态为流体动力润滑,多用 于板带轧机的支承辊轴承及高线轧机。其刚度大,精度高, 承载力大,使用寿命长。

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三、非金属衬开式轴承及其应用(夹布胶木轴承) 非金属衬开式轴承及其应用(夹布胶木轴承)
1、非金属衬轴承的特点 这种轴承由于结构简单、承载力大、价廉,用水作润滑剂 及散热剂,维修使用方便。所以早期大量的用作初轧、型钢 轧机的轧辊轴承。 但其低的效率、较短的使用寿命以及低的刚度,使其无法 适应近年来产品质量的要求。近年来,新设计的轧机,已不 再使用这种轴承。 2、结构——一般为开式 ? 形状——半圆柱形,长方形及组合式;以半圆柱形应用最 广。
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? 参数——长 l (取决于辊颈 长),包角α(120—140 度),及厚度h(20~40mm) ? 端瓦——止推瓦、用于承 受轴向力,25——60mm 厚。 3、非金属衬轴承在轧机上 的安装 分承受轧制力的主轴瓦 以及辅助轴瓦;对二辊轧机, 上辊上轴瓦与下辊下轴瓦是 主轴瓦;上辊的下轴瓦虽不 承受轧制力,但不轧制时要 承受轧辊重量,是辅轴瓦。
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四、滚动轴承
1、特点:精度高、刚度大,摩擦系数小、寿命长;应用 于板带、型钢、钢坯以及初轧等各类轧机。为适应轧机负 荷大的特点,多采用多列轴承。 2、型式:一般为四列圆锥辊子、四列圆柱辊子及双列向心 球面辊子轴承。 3、设计安装注意事项: ? 轴向固定——轴承与轴必须固定,轴向固定指轴承座与 轴向固定 机座的固定。一般是一端固定,通常是操作端(OS),另 一端(驱动端DS)可自由伸缩。 ? 轴承内座圈与辊颈的配合 轴承内座圈与辊颈的配合——采用动配合(f8)以利换 辊;应适当提高辊颈硬度(HRC37~38)以防止辊颈破坏。
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? 必须考虑

轴承座的自 位性——由 位性 于多列轴承 无自位性, 必须在轴承 座受力支 承 处加球面垫, 以保持其自 位性。

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? 采用四列圆柱滚子轴承必须附加止推轴承 采用四列圆柱滚子轴承必须附加止推轴承(负荷按径向力 5~10%) 内圈与辊颈固定,换辊时连同内圈一起换,外圈与滚动 体可与任一内圈配合,有互换性。 教材98-99-100页有不同的轧辊轴承的装配示例,供设计 时参考。 轴承设计时必须进行必要的寿命计算,计算步骤与机械 零件课程所述方法相同。对于轴向载荷,应参照公式3-42— —3-45计算。同时应考虑必要的动负荷。

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五、液体摩擦轴承
液体摩擦轴承又称油膜轴承。在工作过程中,相对运动 液体摩擦轴承 表面被一层油膜(1~ 100?m)完全隔开,其摩擦力实际上 是液体内部由相对运动产生的剪力。 按其油膜生成的条件,又可分为动压、静压、静动压、 动静压轴承。 1、动压轴承特点及工作原理 ? 特点——承载力大、体积小,高效、长寿,适合在高速下 工作。但结构复杂、成本高。 ? 工作原理——对无限长轴承,其油膜压力可用以下方程 (雷诺方程)表示: dp h?h = 6Uη 3 dx h
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由方程可以看出,形成动压润滑的条件是:必须存在油楔, 轴颈必须有足够的速度U,油液必须有合适的粘度η。 ? 动压轴承的止推 (一般安在操作端) 径向动压轴承与前述的四列圆柱辊子轴承一样无轴向止推 功能,必须另外安装轴向固定装置。一般安装双列向心推力 辊子轴承,其内圈与轴颈固定,外圈固定在轴承座上。 ? 动压轴承的结构 一般采用Morgoil轴承, 由锥套、轴瓦、止推轴承以及相 应的固定、密封件组成。图3—30a是国产1700热连轧机支承 辊用的油膜轴承结构图。

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2、静压轴承
由动压轴承形成动压的条件可知,在轴颈速度U=0时, 其承载能力为零。而在实际轧制过程中,在轧件咬入、 穿带时,其轧制速度存在很低的情况;这时,油膜轴承 将产生轴颈与轴承直接接触,而无法正常运行。 为解决这一问题,发展了静压轴承,这种轴承的承载 能力依靠油压系统的高压油产生,而与轴颈转速无关。 ? 特点:刚度大,油膜厚度与辊颈的转速无关,轴承寿 命长。 ? 工作原理:由轴承内的静压油腔与润滑系统的节流器 共同组成,主油腔与副油腔的压力差与外载平衡。各油 腔的油压通过节流器 节流器控制,如节流器参数选择合理,其 节流器 轴承刚度可以达到无穷大。
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轧钢机静压油膜轴承上常用的节流器有:毛细管节 流器、小孔节流器、薄膜式节流器以及滑阀式的节流 器。 静压轴承最早由法国人Gizard于1851年发明应用在 火车轮轴上,直到本世纪50年代才在天文望远镜、机 床主轴、导轨、体育看台及雷达天线上广为使用。使 用在轧机上是1962年开始的。 静压轴承的最大缺点在于过高的供油压力(达 100MPa),系统复杂。

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3、静动压轴承与动静压轴承
静动压轴承结合以上两种轴承的优点,即在低速时采 用静压,高速时采用动压。油路根据轧机的转速情况自 动切换;两个系统是分开的,动压:1~3bar,静压: 700~1400bar。 为保证动压特性,油腔不能过大,这就造成静动压系 统小油腔、高油压的结构 。如武钢1700冷连轧静动压轴 承其静压油腔尺寸为200×76mm。 节流阀采用毛细管式或薄膜式。

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宝钢2030冷轧机组支承辊轴承采用动静压轴承,即 同时采用动压与静压。静压系统的节流阀采用薄膜式。 这样,减少了油路切换造成的油膜波动,提高了轧制 时的轴承刚度与产品精度。 静压系统最大的缺点是:供油系统复杂、成本高、 系统可靠性差、噪声大。 武钢1700冷连轧支承辊轴承静动压系统供油系统图 见教材图3——33。它的静动压系统是分开的,分别由 低压泵与高压泵供油。

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带止推轴承的油膜轴承
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油膜轴承的自由端
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用 于 工 作 辊 的 油 膜 轴 承
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油 膜 轴 承 零 件 : 锥 套 加 工
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油膜轴承锥套

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辊 颈 为 锥 端 的 支 承 辊
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六、轧辊轴承的油雾润滑及油气润滑装置
1、油雾润滑(Mist lubrication)装置 将压缩空气通入油雾发生器,使润滑油雾化为粒度细小 的干燥油雾并通过管路通往磨擦部件进行润滑。 其结构组成见教材p108,油雾润滑装置国内已有专业厂 生产;设计者主要进行选型设计即可。对于采用其它润滑 方式效果不好的,采用这种润滑装置可取得较好的润滑效 果。 2、油气润滑(Air_oil lubrication)装置 该装置由供油部分,供气部分及油气混合部分组成。供 油部分主要部件为油箱、油泵及给油器。供气部分供给干 燥的压力为3-4个压力的压缩空气。油气混合装置将油气混 合并雾化成油滴,由油气分配阀分配给每个润滑点。
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油气润滑特别适用于重负荷的轧机滚动轴承如四辊 轧机的工作辊轴承。在润滑的同时具有冷却效果,延长 轴承的使用寿命。同时这种润滑方式的耗油量少,仅为 耗脂量的1/10——1/20。由于油滴较大,不会对环境造成 污染,其环保效果较好。

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