第3章轧辊轴承.ppt

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1、第3章 轧辊轴承,3.1 轧辊轴承的工作特点 3.2 轧辊轴承的类型与特点 3.3 非金属衬开式轴承 3.4 滚动轴承 3.5 液体摩檫轴承,3.1 轧辊轴承的工作特点,1、轧辊轴承的作用：是用来支承轧辊，并承受由轧辊传来的轧制力，同时保持轧辊在机架中正确位置。2、轧辊轴承应具有较小的摩擦系数，足够的强度和刚度，寿命长，便于换辊。3、轧辊轴承的负荷（工作）特点：轧辊轴承是轧钢机工作机座中的重要部件。由于各类轧机的结构及工作条件差别很大，因而必须采用不同类型的轴承。和一般用途的轴承相比，轧辊轴承有以下特点：,承受很高的单位压力（p）；轧辊轴承所承受的单位压力要比普通轴承大25倍。这是因为轧机的轧

2、制压力大，而其轴承受外围尺寸的限制和在较短的辊颈内使用很大的许用应力所决定的。承受的热许值即Pv值大；Pv值比普通轴承大424倍；Pv值是代表能量消耗的指标，即反映轴承发热情况的数值，由于轧辊轴承的单位压力高，且辊颈圆周速度也较大，这就造成了Pv值很大。,工作温度高；轴承的工作温度在普通机械上只有几十度，最高到100 0C左右，而轧辊轴承的工作温度可达300 0C，甚至可达400 0C。为了使轧辊轴承温度不致升得过高，可在辊颈上浇水或用强力的循环油达到人工冷却。工作条件恶劣。除了高负荷外，轧辊轴承在受到高温的同时用水冷却，因而温度很不稳定，而且污水、氧化铁皮和尘土等容易落入，润滑也较困难等。所

3、以如何选择轧辊轴承的型式和选择轴瓦材料是很重要的。,各种热轧机在轧制时，轧辊都要用水冷却(叠轧薄板轧机除外)，且有氧化铁皮飞溅；冷轧机在轧制时要采用工艺润滑剂(乳化液或其它轧制油)来润滑、冷却轧辊与轧件，在多数情况下，它们是不能与轴承润滑剂相混的。因此，对轴承的密封提出了较高的要求。,3.2 轧辊轴承的类型与特点,轧辊轴承的主要类型是滚动轴承与滑动轴承。,轧辊上使用的滚动轴承主要是双列球面滚子轴承，四列圆锥滚子轴承及多列圆柱滚子轴承。滚针轴承仅在个别情况下用于工作辊。滚动轴承的刚性大，摩擦系数较小，但抗冲击性能差、外形尺寸较大。它们多用在各种板带轧机和钢坯连轧机上。,滑动轴承有半干摩擦与液体摩

4、擦两种。半干摩擦滑动轴承主要是开式酚醛夹布树脂轴承(夹布胶木轴承)，它广泛用于各种型钢轧机、钢坯轧机及初轧机。在有的小型轧机上还使用铜瓦或尼龙轴承。叠轧薄板轧机采用铜瓦轴承，但由于轧辊温度高，故采用沥青作为轴承的润滑剂。,液体摩擦轴承有动压、静压和静一动压三种结构型式。它们的特点是摩擦系数小，工作速度高，刚性较好，使用这种轴承的轧机能轧出高精度的轧件。这种轴承广泛用在现代化的冷、热带钢连轧机支承辊及其它高速轧机上。液体摩擦轴承的允许速度只受散热条件的限制，在适当冷却的条件下，当速度提高时，承载能力不是降低，而是提高。,目前，液体摩擦轴承已经在连轧机上成功地工作着，并且从实践中已证明，可以用在可

5、逆式轧机上。一般地说，对于经常启动和可逆的轧机，由于液体摩擦轴承负荷起动时摩擦力矩大，因此是不希望采用的。但在制造精确及启动很迅速的情况下，轴承很快进入液体摩擦区域，故有采用的可能。动压轴承的制造精度要求高，成本贵，安装、维护要求严格。,带金属轴瓦的滑动轴承：用于叠轧薄板轧机。带布胶轴瓦的滑动轴承：用于开坯、中厚板及型钢轧机。闭式（液体摩擦）轴承：用于四辊轧机。滚动轴承：用于钢板、钢坯、线材、钢管轧机。,课外作业:1、轧辊轴承的工作特点是什么？2、轧辊轴承的类型、特点及用途是什么？,3.3 非金属衬开式轴承,3.3.1 带非金属轴瓦的开式滑动轴承1、应用：除冷轧机、薄板轧机、部分线材轧机和钢管

6、轧机以外的大部分轧机上。2、制作：布胶轴瓦是一种用棉织品（棉布或帆布）先在合成树脂中浸透的棉布用高压压制成，其布层之间都充满了树脂，是一种多层状的塑料。3、轴瓦主要是酚醛夹布树脂（胶木轴瓦）和塑料轴瓦。,4、优点：摩擦系数低，具有良好的耐磨性，因此寿命高，并可减少能耗；胶木轴瓦比较薄（3040mm），故可采用较大的辊颈直径，这样有利于提高辊颈强度；胶木轴瓦可用水润滑，不存在轴承密封问题；胶木轴瓦质地较软，既耐冲击，又能吸收进入轴承的氧化铁皮等硬质颗粒，因而有利于保护辊颈表面质量。,缺点：强度低，耐热性和导热性差；工作时需要大量的循环水进行强制冷却和润滑；刚性差，弹性模量只有5001100MPa

7、，因此受力后弹性变形大。对轧件尺寸要求严格的轧机，不宜采用这种轴承瓦。,5、配置：径向衬瓦（轴瓦）轴向衬瓦（端衬瓦）目前应用最广的整压成型的圆柱形衬瓦。为了提高耐磨性能，组合式衬瓦应使其分层方向与辊颈表面垂直布置。6、整块式布胶轴瓦的主要尺寸 布胶轴瓦的长度l决定于辊颈长度；轴承轴瓦的包角还与轴瓦承受的水平分力的大小有关系。一般在10001400范围内。轴瓦厚度h h一般取2540mm。,7、端衬瓦（止推轴瓦）辊颈直径 600mm 时，用整块的；辊颈直径 600mm 时，用三块拼合式。8、衬瓦在轴承中的装配 主轴瓦装在受轧制力方向；中辊轴瓦装在辊颈上、下两边；上辊轴承在辊颈下装辅助瓦（托瓦），

8、以便在轧辊空载时承受轧辊重量。,非金属衬开式轴承是半干摩擦滑动轴承的主要形式，而酚醛夹布树脂(夹布胶木)是非金属轴承衬的理想材料。它的特点是：1)抗压强度较大，顺纤维方向为100150MPa，垂直纤维方向可达230245MPa；2)摩擦系数比金属衬瓦低1020倍；3)有良好的耐磨性，使用寿命较长；4)胶木衬瓦较薄(3040mm)，故可以采用较大的辊颈尺寸，有利于提高轧辊强度；5)可用水做润滑剂，不存在轴承密封的问题；6)能承受冲击载荷。,胶木衬瓦的缺点是它的耐热性和导热能力差(导热系数比金属衬瓦约低90倍)，工作时需要大量的循环水进行强制冷却。另外，它的刚性差，弹性模数只有5001100MPa

9、，受力后弹性变形较大。因此，在轧件尺寸要求严格的轧机(精轧机座)上，不宜使用这种轴承。胶木轴瓦冷却与润滑用水的水量，可按下面经验公式大致确定,3-39,式中 Q 一个轴瓦的耗水量，kgh；P 作用在轴承上的力，N；d 轧辊辊颈直径，cm；u 摩擦系数，u=0.030.06；n 轧辊转数，rmin。,为改善轴瓦的工作状况，在更换轧辊时或停车以后，可向轴瓦内注入适量干油。对可逆式轧机，周期性地注入少量干油，可以减小轧机的启动力矩。钢轧辊辊颈如果表面淬火，可显著延长轴瓦寿命。轴瓦的结构形状有半圆柱形(图3-20c)、长方形(图3-20h)及组合式(图3-20a)几种。半圆柱形轴瓦用料最省，但在轴承盒

10、中需要有切向固定。长方形的切向固定性较好，但用料较多。由三块胶木组成的组合式轴瓦比较省料。目前应用最多的是整体压制半圆柱形的轴瓦，其优点是省料，制造方便，安装后不需要另行镗孔。,整体压制轴瓦的主要尺寸是它的长度l，包角a和厚度h(图3-21)。,l决定于辊颈长度，包角a一般在10001400范围内。当l确定后，增加a，可减小轴瓦的单位压力。但当a增加到1200以上时，对减小单位压力的作用将减弱，而且在大载荷下，过分增加包角a，会发生抱轴现象。轴瓦的厚度h对轴承的刚度，导热性与寿命有很大影响。h愈大，则刚度愈小，导热性也愈差，而且还会增加轴承的径向尺寸。但厚度过小，会降低使用寿命。一般轴瓦厚度可

11、根据辊颈直径选取。,采用拼合轴瓦时，应使其层纹方向与辊颈表面垂直，以提高轴瓦的使用寿命。轧辊的轴向力由支靠在辊身端面上的端瓦(止推轴衬)承担，端瓦有两种型式(图3-22)，辊颈直径小于600mm时，用整块的；辊颈直径大于600850mm时，用三块拼合的。根据轧辊尺寸，端瓦厚度可在2560mm内选择。径向轴瓦的最小许用厚度为57mm，端瓦则为1015mm(不包括嵌入轴承盒或轴承座凹槽中的那部分)。径向轴瓦和端瓦在辊颈上的配置应保证充分利用它们的有效厚度。,非金属衬轴承除胶木轴承外，在小型轧机上还可使用铜瓦或尼龙轴衬。某厂600三机架冷连轧机的工作辊，采用尼龙衬套轴承并直接用轧制工艺润滑剂来冷却和

12、润滑轴承，取得了很好的效果。这种方式省去了轴承的密封装置，不仅简化了轴承部件的结构，而且更换工作辊很方便。根据在该轧机上的使用经验，轴承间隙应比普通滑动轴承间隙大0.03mm，以防止因热膨胀后间隙减小，致使辊颈得不到充分的润滑。,3.3.2 带金属轴瓦的开式滑动轴承 这种轴承采用金属轴瓦的主要材料是青铜，由于轧辊温度高，故采用沥青作为轴承的润滑剂。因为摩擦系数较高，不耐用，又要消耗稀缺贵重有色金属，所以目前仅用于热作业式叠轧薄板上（其辊颈温度约3000C左右）。为节省青铜，其代用材料有石墨化钢、耐热铸铁等。金属轴瓦的润滑，在热作业式轧机上主要是使用处理过的无毒石油沥青润滑。在冷作业式轧机轧辊轴

13、承上（温度在30800C之间），可采用合适的稀油或干油润滑。,滚动轴承的特点决定了它在轧机上的使用方式。由于轧辊轴承要在径向尺寸受到限制的条件下承受很大的轧制力，所以在轧机上使用的滚动轴承多采用多列滚子轴承。这种轴承有较小的径向尺寸和良好的抗冲击性能。主要有双列球面滚柱轴承，四列圆锥滚柱轴承和多列圆柱滚子轴承。前两种可同时承受径向力和轴向力；第三种虽要附加轴向止推轴承，但它的径向尺寸小，承载能力大，允许转速高，因而，近年来在高速、重载轧机上广泛采用。,3.4 滚动轴承,3.4.1 滚动轴承的应用 广泛应用于冷轧机及热轧机的四辊式轧机、薄板轧机、线材轧机、钢坯轧机、某些钢管轧机和其它轧机上。适用

14、支承辊载荷不大、速度不高的情况下也可用滚动轴承。,3.4.2 滚动轴承的优点及缺点优点：摩擦系数低，能耗低；磨损小，使用寿命长；刚度大，有利于保证轧制产品的精度；一般用油（油脂）润滑，不要求特别严格的密封。缺点：造价高、尺寸较大、在径向尺寸受限制时，不得不缩小辊颈尺寸。,3.4.3 滚动轴承的类型1）圆锥滚柱轴承 四列圆锥滚柱轴承（1）它是由两个内圈、三个外圈、滚动体和保持架四部分组成；（2）在制造上无互换性，所以装配时，必须按一定标记进行；（3）它有两个外调整环，和一个内调整环，使四列锥柱与外套间隙相等，以保持工作时受力均匀；（4）为了便于拆装，轴承内圈与辊颈选用动配合；（5）这类轴承不能自

15、动调心，轴承上必须有自位球面垫。,2）圆柱滚柱轴承 四列圆柱滚柱轴承（1）摩擦系数低（f=0.0011），使用于高速重载荷场合。（2）这类轴承只承受径向载荷，轴向负荷必须用独立的止推轴承来承受。径向、轴向滚子各自发挥作用。（3）圆柱滚柱轴承与辊颈为静配合，在轴承座内为过渡配合。止推轴承与辊颈和轴承座均为动配合。（4）换辊时，外圈和滚柱与轴承座组成一整体，可以和任何一对内圈配合，具有互换性。拆卸时，内圈和轧辊一起拆下。（5）可用油雾润滑、稀油或干油润滑。,3）球面滚柱轴承（1）应用于四辊冷轧机的支承辊上；（2）这类轴承的滚柱与套圈是以球面相配合的，因此，能自动调心，即轴承的轴线可随辊颈轴线转动，

16、保持彼此平行。它可同时承受径向和轴向载荷，因此不需另加止推轴承。,4）滚针轴承（1）这类轴承适用于轴承尺寸受限制的场合；（2）多用于多辊轧机和小型四辊冷轧机的工作辊上；（3）该轴承不能承受轴向负荷，需要另加的止推轴承；（4）为了减小它的外形轮 尺寸，可以取消内圈或外圈，或两者都不用。这样辊颈和滚针与轴承直接接触，就要求各零件的加工精度与光洁度以及滚动面硬度互相配合。,3.4.4 滚动轴承的寿命计算 根据轧辊尺寸选择合适的轴承型号，轧辊轴承主要是计算轴承的寿命。计算轴承的寿命要求符合轴承的实际寿命，必须准确的确定动负荷。当量动负荷与轴承寿命之间的关系可用下式表示：,式中 Lh 以小时计算的轴承额

17、定寿命，h；n 轴承的转速，r/min；C 额定动负荷，N，其值由轴承样本查得；寿命指数，对于求轴承=3，对于滚子轴承=10/3；P 当量动负荷，N。当量动负荷可由下式求得：,P=(XFr+YFa)f F fT,式中X 径向系数，根据F。Fr之比值，由轴承样本查得；Y 轴向系数，由轴承样本查得；Fr 轴承径向负荷，N；Fa 轴承轴向负荷；N；一般带材轧机：Fa=0.02 Fr 低精度中、小型板带轧机：Fa=0.1 Fr 板带轧机：Fa=0.02 0.1 Fr 对称断面型钢轧机：Fa=0.1 Fr 不对称断面型钢轧机：Fa=0.2 0.25 Fr,fT 温度系数，轧辊轴承一般只能在100温度以下

18、工作，所以fT=1。需要轴承在高温下工作时，应向轴承厂提出要求。对高温轴承厂fT可查轴承样本；f F 负荷系数，由于工作中的振动、冲击和轴承负荷不均等许多因素的影响，轴承实际负荷要比计算负荷大，根据工作情况以负荷系数f F 表示。板材轧机的f F 值推荐如下：1)热轧机f F=1.51.8；2)冷轧机厂f F=1.21.5。当计算多列圆柱轴承和滚针轴承时，取轴向负荷等于零，其轴向负荷由专门的止推轴承承受。当量动负荷的计算式为：P=f F Fr 当计算与多列圆柱轴承、滚针轴承、动压轴承配套使用的止推轴承时，取径向负荷等于零，当量动负荷的计算式为：P=f F Fa,课外作业：1、带非金属轴瓦的开式

19、滑动轴承的类型、特点及用途是什么？2、带金属轴瓦的开式滑动轴承的用途是什么？3、滚动轴承的类型、特点及用途是什么？,3.5 液体摩檫轴承（油膜轴承）,液体摩擦轴承又称油膜轴承，1934年始用于轧钢机。在运转中轴颈和轴衬之间被一层油膜完全隔离开来，形成所谓液体摩擦状态。由于精细的加工，良好的结构，它能在高达25MPa的单位压力下处于液体摩擦状态，摩擦系数仅为0.0010.008。3.5.1 液体摩擦轴承的基本特点（1）摩擦系数低，能耗小。（2）适合在高速重载条件下工作。（3）使用寿命长，可达1020年。（4）结构紧凑。,3.5.2 液体摩擦轴承的类型 按其油膜形成的条件，可分为动压油膜轴承、静压

20、油膜轴承和静动压油膜轴承。1）动压轴承 液体动压轴承润滑油膜的形成可分成三个阶段。当轴开始转动时，轴颈与轴承直接接触，相应的摩擦属半干摩擦，轴在摩擦力的作用下偏移(图3-29a、b)。如果轴承附有静压起动装置，使轴承在起动时在高压油的作用下抬起，则可避免这种现象。当轴的转速增大，吸入轴颈轴承间的油量也增加，具有一定粘度的油被轴颈带入油楔，油膜的压力逐渐形成。转动中，动压力与轴承径向载荷相平衡(图3-29c)，轴颈的中心向下、向左偏移并达到一个稳定的位置，这时轴承和轴之间建立了一层很薄的楔形油膜。当轴的转速继续增大，轴颈中心向轴承中心向移动。理论上，当轴转速达到无穷大时，轴颈中心与轴承中心重合(

21、图3-29d)。,（1）工作原理：利用摩擦副表面的相对运动，把油带入摩擦表面之间，建立压力油膜把摩擦面分隔开。当辊颈在轴承中静止时，由于它本身的重量自然与轴承底部接触；当辊颈沿反时针方向开始转动时，由于金属间的摩擦，辊颈靠左侧向上移动；当转速继续升高时，由于辊颈的转动将一定粘度的润滑油带入楔形间隙，辊颈稍向右侧偏移。这时由于高速转动体的泵压作用，不断地将润滑油从入口处压向出口处，在间隙最小处hmin形成一个高压，此压力若足一以与轧制力平衡，就能将辊颈浮起，使它与轴承内表面脱离接触，实现液体摩擦。,（2）定义：由于依靠运动，即利用液体的动力效应来建立液体摩擦条件，叫动压油膜轴承。（3）动压轴承保

22、持液体摩擦的条件是：辊径和轴衬间具有楔形间隙，以便使润滑油被吸入楔缝，建立确定的油楔；辊径应有足够的旋转速度，以便在油膜中形成与外力平衡的压力；要连续供给足够的粘度适当的非常清净的润滑油；轴承摩擦面需要高精度加工，尺寸精度为一级；轴承具有良好的密封性。,（4）最小油膜厚度hmin hmin应大于两个相对滑动表面的微观不平度之和。对保证油膜形成有利，但其速度也有限制，在某一特定条件下，有个可保证液体层流状态的临界速度，超过这个速度就会出现，破坏油膜的形成。（5）所选用的润滑油 低粘度的透平油（2257）和高粘度的轧钢机油（HJ328）两种。为了减少值，对轻载、高速的轴承，用低粘度的润滑油，而重载

23、、低速时，用高粘度的润滑油。（6）动压轴承的结构,2）静压轴承 由于动压轴承的液体摩擦条件只在轧辊具有一定转速情况下才能形成，因此，当轧辊经常启动、制动和反转时，就不易保持液体摩擦状态。而且，动压轴承在启动之前不允许承受很大载荷，这就使动压轴承的使用受到限制。一般它只在转速变化不大的不可逆轧机上才具有良好的效果。在轧制薄带钢的轧辊上，由于轧辊有很大的预压靠，造成有载启动，将使动压轴承寿命大为降低，甚至可能由于轴承中的巨大摩擦力矩而引起主电机跳闸，或使工作辊和支承辊之间打滑(工作辊驱动时)，造成轧辊破坏或其它生产事故。此外，如前所述，动压轴承的油膜厚度将随轧制速度的改变而变化，而轧辊中心距的相应

24、变化则为油膜厚度变化的两倍，因而，对轧制精度有很大影响。,基于上述原因，新型液体摩擦轴承的研究已引起广泛注意。1962年出现了使用静压液体摩擦轴承的轧机。静压轴承的高压油膜是靠一个专门的液压系统供给的高压油产生的，即靠油的静压力使轴颈悬浮在轴承中。因此，这种高压油膜的形成与轴颈的运动状态无关，无论是启动、制动、反转、甚至静止状态，都能保持液体摩擦条件，这是它区别于一般动压轴承的主要特点。,（1）工作原理：是在轴承两滑动表面之间输入足够平衡轧制力的高压油，人为地使两个表面分离，即靠油的静压力使辊颈在轴承中浮起，实现液体摩擦。（2）优点：具有承载能力大，寿命长，轴承的刚性高，能满足各种载荷条件和速

25、度条件的要求。（3）这种高压油膜的形成与辊颈的运动状态无关，无论是启动、制动、反转、甚至静压状态都能保持液体摩擦条件，这是区别于动压轴承的主要特点。我国某厂在600四辊冷轧机的支承辊上使用了静压轴承并取得了良好效果，其原理如图3-31（P105页）所示。,3）静动压轴承 仅在低速、可逆运转或启动、制动的情况下，采使静压系统投入工作，而在高速稳定运转时，轴承则按动压制度工作。,静压轴承虽然克服了动压轴承的某些缺点，但它本身也存在着新的问题。主要是重载轧钢机的静压轴承需要一套连续运转的高压或超高压液压系统(一般压力要求大于40MPa，有的短期压力达到140MPa)来建立静压油膜。这就要求液压系统高

26、度可靠。液压系统的任何故障都可能破坏轴承的正常工作。采用静一动压轴承，就可以把动压和静压轴承的优点结合起来。在轧钢机上使用静一动压轴承，是近20年来发展的一项新技术。新造的现代化轧机有的已采用了这种轴承。静一动压轴承的特点是：仅在低于极限速度(约为1.6m/s)、启动、制动的情况下，静压系统投入工作；而在高速、稳定运转时，轴承呈动压工作状态。这样，高压系统不需要连续地满负荷工作，而只是在很短时间内起作用，这就大大减轻了高压系统的负担并提高了轴承工作的可靠性。动压和静压制度是根据轧辊转速自动切换的。,静一动压轴承设计中应注意的一个问题是：既要满足静压承载能力所需的油腔尺寸，又要保证动压承载能力要

27、求的支承面积(过大的静压油腔面积会影响动压承载能力)。为解决这一矛盾，往往采用较小的油腔，因而，不得不采用压力高达70140MPa的静压系统。图3-33（P107页）是1700五机架冷连轧机支承辊静一动压轴承供油系统简图。,五架轧机每架有单独的静压系统。高压泵9吸入的油是由动压系统的泵供给的。动压系统O25MPa的压力油经截止阀11、单向阀10被吸入高压泵。压出的高压油经过气控转换阀7及单向阀6输送到轴承的静压油腔。高压泵的吸入侧及压出侧装有安全阀12，8，压出侧的高压管路上设高压安全阀8，压力调到150MPa以控制系统的压力。系统的正常工作压力为70100MPa，短时可达140MPa。,课外作业：1、动压轴承的工作原理是什么？2、静压轴承的工作原理是什么？3、静动压轴承的工作原理什么？4、静动压轴承适合哪些工作场合？,