轧辊与轧辊轴承 - 2012昆明理工大学材料工程设备课件

轧辊与轧辊轴承 讲授人：张正富 l 辊系：由轧辊与轧辊轴承构成，轧机核心部件. 迫使轧件塑性变形,同时,辊承受巨大轧制压力,并传递给轴承. 辊系结构、尺寸、材质、强度、刚度，对能否实现优质、高产 、低耗的影响极大. 讲授人：张正富 5.1 轧辊的工作特点及其工艺要求 5.1.1 轧辊所受载荷 （1）机械载荷: 弯曲应力、接触应力、扭转应力. 咬入瞬间及轧制速度变化时,引起动载荷. （2）摩擦: 变形区中的前、后滑,咬入打滑、卡钢等造成辊表面与轧件相对运动, 导致辊表面受到剧烈摩擦. （3）热负荷: 热轧时,轧件高温和冷却水交替作用,产生热循环应力; 冷轧时,轧件变形热效应,轧辊表层也产生热循环应力. 讲授人：张正富 5.1.2 轧辊的主要失效形式 （1）磨损: 磨损达到允许的总车削量后, 表层硬度丧失、强度削弱而报废; （2）辊面剥落: 循环接触应力作用下, 表面产生掉块形成凹坑而报废; （3）折断: 过大轧制压力产生的机械应力造成断辊. 5.1.3 轧制生产对轧辊的要求 l 工艺要求: 合理结构、尺寸、材质, 以保证轧件尺寸、表面质量、产量. l 寿命要求: 不致过早、或不正常破坏、失效. 总结： 结构、尺寸的确定; 材质、制造方法的选择; 强度、刚度的校核. n 强韧性、耐磨性、耐热性、耐剥落性等; n 以材料机械性能和硬度为主. 讲授人：张正富 5.2 轧辊的结构形式及材质选择 5.2.1 轧辊的结构 l 辊身: 工作部分. 型材轧辊: 辊身有各种形状轧槽,即孔型; 板材轧辊: 辊身呈圆柱形; 为补偿弯曲、不均匀热膨胀、不均匀磨损的影响,可 将辊身做成曲线形状,即辊型. l 辊头: 与连接轴相接部分. 连接传动、或吊装. 梅花型、键槽型、万向节型. l 辊颈: 支承部分. 形式由轴承形式及装卸要求确定. 圆柱形: 滑动轴承、滚动轴承; 圆锥形: 液体摩擦轴承,锥度一般为1:5 u 辊颈与辊身交界处为应力集中部位! u 组合辊：韧性好的心轴、硬度高的辊套. 辊套采用热压装. 讲授人：张正富 轧辊的结构 a-梅花形辊头；b-扁头形辊头；c-带双键形的辊头 1-辊身；2-辊颈；3-辊头 讲授人：张正富 5.2.2 轧辊的参数 辊身直径 辊身长度 辊颈直径及长度 辊头尺寸 5.2.2.1 辊身直径 l 是轧机的重要参数. 型材轧机: 表征轧机的特 性参数. 板带轧机: 关系到板带材 最小可轧厚度. 讲授人：张正富 Dg为轧辊工作直径(mm);h为压下量(mm);max最大允许咬入角(0) 轧轧轧轧制情况制情况 maxmax ( ( 0 0 ) ) h h/ /D D g g 磨光轧辊轧辊 上带带冷润润 滑连轧带钢连轧带钢 681/1701/100 粗糙辊辊面冷轧轧581/2501/100 热轧热轧 板带钢带钢 板15221/301/15 热轧热轧 型钢钢22241/151/12 自动轧动轧 机上热轧钢热轧钢 管 12141/601/40 各类轧机轧制钢材的max n 确定最佳直径最佳直径应考虑: 咬入条件、强度和刚度、最小可轧厚度、热平衡条件 （1）咬入条件 直径应满足: 讲授人：张正富 （2）轧辊的强度和刚度条件 强度应满足： u多辊轧机: 轧制负荷主要由支持辊承担. u 支持辊直径支持辊直径应根据强度和刚度条件确定. 轧辊危险截面处应力(MPa); Mz危险截面处弯矩(Nmm); WD危险截面处抗 弯截面系数(mm3);为轧辊许用正应力(MPa). 讲授人：张正富 （3）最小可轧厚度 据最小可轧厚度临界条件,推导出冷轧机最大工作辊径应满足: E轧辊的弹性模量(MPa);hmin带材最小可轧厚度(mm); 为辊与带材间摩擦系数 ;s为带材屈服极限(MPa); p平均张应力(MPa). （4）热平衡条件 高速冷轧时,轧件变形热效应很大,导致工作辊温度升高. 辊表面存在工艺冷却与润滑, 温升至一定程度出现热平衡热平衡辊表面吸收热量 等于冷润剂带走热量. 要控制辊温 (100),则工作辊径工作辊径应与轧速、变形量、轧件力学性能相适应. 讲授人：张正富 5.2.2.2 辊身长度 l 型材轧机: 取决于孔型配置数目及辊身强度. 长度越大,可布置的孔型数越多. 但降低了弯曲强度; 并使前后辊道辊子加长, 导致设备重量增大. 型材轧机辊身长度与其名义直径之比K 轧轧机类类型开坯轧轧机型钢钢粗轧轧机型钢钢精轧轧机 K2.03.01.52.51.52.0 讲授人：张正富 l 板带材轧机: 辊身长应与板带最大宽度相适应. L为辊身长度(mm); bmax所轧板带最大宽度(mm); 随板带宽度而异的 余量(mm). 板带材轧机辊身长度的余量 bmax(mm)2500 (mm)50100200150200200400 板带材轧机辊身长度确定,一般应和辊径一起考虑. vv 出发点：出发点： 使轧辊获得最小弯曲挠度最小弯曲挠度和足够强度足够强度; 以获得所需板形、减小横向厚差. 讲授人：张正富 各类四辊轧机L/D1、L/D2、D2/D1 轧轧机类类型L/D1L/D2D2/D1备备注 比值值常用比值值比值值常用比值值比值值常用比值值根据辊辊 身 长长度在 1120 5590 mm范 围围 内的165 台四辊辊 轧轧机数 据 统计统计而 得 厚板轧轧机3.05.23.24.51.92.72.02.51.52.21.62.0 宽带宽带材轧轧 机 粗轧轧机1.53.51.72.81.01.81.31.51.22.01.31.5 精轧轧机2.14.02.42.81.01.81.31.51.82.21.92.1 冷轧轧板带带材轧轧机2.33.02.52.90.81.80.91.42.33.52.52.9 n 四辊轧机辊身长度与辊径间、支持辊径与工作辊径的比值关系. 讲授人：张正富 5.2.2.3 辊颈 直径d、长度l、过渡圆弧半径r与轴承形式、工作载荷有关; 应综合考虑辊颈强度、轴承寿命. 若条件允许,辊颈直径应选大些. 5.2.2.3 辊头 尺寸根据连接轴形式确定. 5.2.3 轧辊的材质选择轧辊的材质选择 u 铸铁轧辊(C2.0%)、半钢轧辊(C1.5%)、钢轧辊(C0.8%)三种类型. l 铸铁辊: 普通、合金、球墨. 按硬度: 半冷硬、冷硬、无限冷硬. 铸铁辊优点: 硬度高、耐磨性好、表面光滑、制造易、成本低. 缺点: 质脆、强度低、耐冲击性差. 讲授人：张正富 l 钢轧辊钢轧辊: 铸钢、锻钢. 优点: 强度高、韧性好、咬入能力强. 缺点: 硬度一般较铸铁辊低. 各类轧辊硬度曲线 l l半钢轧辊半钢轧辊: 碳量介于铸钢与铸铁; 杂质 量低,具有过共析组织. 碳量铸钢. 铸态脆, 且易生成碳化物偏析和内部缺 陷; 锻造和热处理后,可得均匀分散析出的 极细高硬度碳化物. 兼有铸钢强度、韧性、耐热疲劳性, 及 铸铁耐磨性等. 适于带钢热连轧四辊轧机工作辊. 讲授人：张正富 5.3 轧辊的强度计算 l 保证轧辊强度强度是轧制能否顺利进行的先决条件先决条件! 5.3.1 型材轧机轧辊强度的校核 有许多轧槽许多轧槽,因轧件宽度远小 于辊身长度, 可将轧制压力简化 为集中载荷集中载荷. 型材轧辊的受力及内力图 l 是完整的完整的轧制工艺设计工艺设计不可缺少 的重要环节之一重要环节之一! 讲授人：张正富 n 由受力图,结合力平衡、力矩平衡方程(静力平 衡), ,可得 据此可得轧辊弯矩图; 按轧制扭矩 作用(转动轧辊所需)可得轧辊扭矩图. 从弯矩、扭矩大小可知辊危险截面. 型材轧辊的受力及内力图 R1,R2为轧辊轴承座上的支反力(N); a两 根压下螺丝的中心距(mm); x轧制力到支 反力作用线的距离(mm). 讲授人：张正富 5.3.1.1 辊身强度校核 l 辊身受弯矩和扭矩共同作用身受弯矩和扭矩共同作用,但扭转应力较弯曲应力小. 故只计算辊身弯弯 曲应力曲应力. n 最大弯矩即为轧制力作用截面的弯矩: n辊身危险截面的弯曲应力D MD为轧制力作用截面的弯矩(Nmm); D 为轧制力作用截面辊身最小工作直径(mm); WD为抗弯截面系数。 讲授人：张正富 5.3.1.2 辊颈强度校核 l 辊颈受弯扭组合变形弯扭组合变形,危险点在传动侧辊颈、辊身交界处. n 辊颈与辊身相接处弯矩弯矩最大,为 Wd为辊颈与辊身相接处截面的抗弯截面系 数(mm3);d为辊颈直径(mm); R为支反力 (N); c为支反力(压下螺丝中心)至辊身边缘 的距离(mm),近似取为辊颈长度l的一半. 讲授人：张正富 n 辊颈上的扭转应力: Mn为作用在弯曲应力计算侧的辊颈与辊身交界处的辊颈所受扭矩辊颈所受扭矩(Nmm); Wnd 辊颈抗扭截面系数(mm3). u 辊颈强度按弯扭合成应力弯扭合成应力考虑: （1）钢轧辊,按第四强度理论 （2）铸铁轧辊,按莫尔强度理论 讲授人：张正富 5.3.1.3 辊头强度校核 l 辊头危险截面在传动侧;辊头扭转应力: d1为辊头扭转应力(MPa); Mn为传动该轧辊最大扭矩(Nmm); Wn为辊头抗扭 截面系数(mm3); 为轧辊许用剪应力(MPa). 轧辊辊头形式 讲授人：张正富 带键槽的辊头: 带双键槽的辊头: 平台式辊头: 矩形截面辊头: h为扁头厚度(mm);d1扁头直径(mm);矩形截面长短边的影响系数. 值 a/b1.01.52.02.53.04.06.0 0.2080.3460.4930.6450.8011.1501.789 讲授人：张正富 5.3.2 二辊板带轧机轧辊强度的校核 受力如图. 二辊板带轧机受力分析及内力图 为简化计算, 设： 轧件立于辊身中央,轧制 力沿辊身长度均匀分布; 支反力左右相等,作用在 压下螺丝中心线. 讲授人：张正富 n 据轧辊受力可列出各段弯矩方程: P为轧制压力(N); b为轧件宽度(mm); q为单位轧件长度轧制压力(N/mm). 当 时, 当 时, n 由弯矩方程弯矩图,按扭矩作用扭矩图. 辊身中部截面弯矩最大,故辊身只须计算中部的弯曲强度辊身只须计算中部的弯曲强度; 对辊颈则需计算弯曲和扭转强度弯曲和扭转强度; 对传动端辊头应计算其扭转强度扭转强度. 讲授人：张正富 （1）辊身强度校核 n 辊身中部最大弯矩: n 辊身最大弯曲应力: 二辊板带轧机受力分 析及内力图 讲授人：张正富 （2）辊颈强度校核 n 辊颈上最大弯矩: n 辊颈最大弯曲应力: u 按型材轧辊辊颈扭转应力、及其弯扭合成应力计算公式校核辊颈强度. （3）辊头强度校核同型材轧辊辊头强度校核. 讲授人：张正富 5.3.3 四辊板带轧机轧辊强度的校核 四辊板带轧机轧辊强度校核项目 工作辊辊支持辊辊 驱动驱动 方式辊辊身辊辊 颈颈 辊头辊头辊辊身辊颈辊颈辊头辊头 工作辊驱辊驱 动动 弯曲应应力略 扭转应转应 力 弯曲应应 力 弯曲应应力 支持辊驱辊驱 动动 弯曲应应力(合 成) 略 弯曲应应 力 弯扭合成应应 力 扭转应转应 力 讲授人：张正富 5.3.3.1 工作辊驱动工作辊驱动四辊板带轧机轧辊强度的校核 轧辊受力图、及内力图如图. 工作辊驱动四辊板带轧机轧辊受力图及内力图 a-工作辊；b-支持辊 讲授人：张正富 （1）工作辊强度校核 n 工作辊辊身垂直面最大弯矩MzD1max n 辊身最大弯曲应力1max u 工作辊辊头强度校核与型材轧辊 辊头强度校核方法相同. 工作辊驱动四辊板带轧机轧辊 受力图及内力图 a-工作辊 (由积分法求得) 讲授人：张正富 （2）支持辊强度校核 n 支持辊辊身最大弯矩: n 支持辊辊身最大弯曲应力: W1、W2工作辊、支持辊辊身中 央截面抗弯截面系数(mm3). u 因支持辊不承受扭矩作用,只需 计算其弯曲强度,同二辊板带轧机 计算方法. 工作辊驱动四辊板带轧机 轧辊受力图及内力图 b-支持辊 讲授人：张正富 5.3.3.2 支持辊驱动支持辊驱动四辊板带轧机轧辊强度的校核 轧辊受力图、及内力图如图. 工作辊、支持辊受力图及内力图 a-工作辊；b-支持辊 讲授人：张正富 （1）工作辊强度校核 n 辊身最大垂直弯矩计算如上述. n 工作辊承受支持辊沿辊身全长加于 其上的水平摩擦力: n 工作辊辊身最大水平弯矩: n 工作辊辊身最大合成弯矩(水平、垂直): n 工作辊辊身中央的合成弯曲应力: 工作辊受力图及内力图 讲授人：张正富 （2）支持辊强度校核 n 辊身强度校核按上述. n 因支持辊承受扭矩作用,还 需计算其辊颈弯扭合成应力 、及传动辊头的扭转应力,其 计算方法同二辊板带轧机. 支持辊受力图及内力图 讲授人：张正富 5.3.3.3 四辊轧机轧辊接触应力接触应力计算 l 工作辊与支持辊接触面;工作辊与 轧件接触面. l 辊间接触面积 工作辊与轧件接 触面积. 故,辊间辊间有巨大的交变接触应交变接触应 力力, 易于导致辊面产生剥落. 轧辊接触应力与深度关系 讲授人：张正富 （1）半径方向的法向正应力法向正应力 n 在接触表面中部最大,可按赫兹公式 计算： q为加在接触面表面单位长度上的负荷 (N/mm); r1、r2工作辊与支持辊的半径. 轧辊接触应力与深度关系 K1、K2为与轧辊材质有关的系数. 讲授人：张正富 n 若两辊材质相同,且, 则 u 此应力虽很大,但对辊不产生很大 危害.因接触区材料近似处于三向压 缩状态. K1、K2 : 1、2为工作辊、支持辊材料泊松比; E1、E2工作辊、支持辊材料弹性模量 (MPa) 轧辊接触应力与深度关系 讲授人：张正富 （2）在接触区切应力切应力 l 切应力在离接触表面深度0.39b处达到最大值(b为工作辊与支持辊接触压 扁宽度). l 造成辊面剥落的主因是切应力切应力xy . 以深度 0.25b, 处为对称的交变切应 力xymax值应小于许用剪应力值: u 正应力与剪应力的许用值与轧辊表面 硬度有关. l 为保证轧辊表面不产生疲劳破坏， max应小于许用剪应力. 轧辊接触应力与深度关系 讲授人：张正富 5.3.4 轧辊的断裂形式与安全系数 5.3.4.1 轧辊断裂形式 断裂原因: 材质或制作质 量; 轧制工艺设计 和轧辊使用不当. 讲授人：张正富 5.3.4.2 轧辊安全系数 l 上述轧辊强度计算的均为静负荷. l 为保证安全运转,对影响实际强度的其他因素,如材质不均匀性、轧 制冲击负荷、温度应力、轧辊疲劳等因素的影响,皆纳入安全系数安全系数. l 选定安全系数n后,许用应力为 b为轧辊抗拉强度. u 若计算所得的轧辊静应力小于许用应力,则认为轧辊是安全的. 讲授人：张正富 5.4 轧辊的挠度计算 l 轧制时,轧辊会弹性变形. l 轧辊弹性变形对轧件形状、尺寸有直接影响. 板材轧制: 一般,承载辊缝的形状决定了轧件截面形状. l 某些扰动因素: 如,轧制力波动,对产品尺寸精度的影响是经轧辊的弹性 变形-弹性压扁、弯曲变形体现出来的. l 一些控制板型的手段: 如,液压弯辊也是通过控制轧辊变形得以实现的. 充分研究轧辊变形,以确定合适的辊型,对保证产品尺寸精度和板形非常 重要. 轧辊挠度计算是设计辊型的重要依据. 讲授人：张正富 5.4.1 二辊板带轧机轧辊挠度的计算 设轧制力作用下, 轧辊某一截面的挠度为f . n 因轧辊为短粗梁,可设为简支梁,故,挠度值由两部分组成, f1为由弯矩引起的挠度(mm); f2为由剪应力引起的挠度(mm). 讲授人：张正富 Ep1、Ep2分别为轧辊任意截面弯曲力矩作用的变形能变形能和剪切力作用的变形能变形能 (Nmm); Mx为轧辊任意截面上的弯矩(Nmm); Fqx为轧辊任意截面上的剪切力(N); E、 G轧辊弹性模量和剪切弹性模量(MPa); R R为在计算挠度位置所作用的外力外力(N); I为轧辊断面惯性矩(mm4);A为轧辊断面面积(mm2);K为剪切力分布不均匀影响 系数,对圆截面K=10/9,对矩形截面K=4/5. 按卡氏定理(卡斯奇里扬诺,能量法, 虚功原理)得 讲授人：张正富 5.4.1.1 辊身中央截面辊身中央截面总弯曲挠度的计算 辊身中间挠度计算图 设轧件位于辊身中部,且轧制力沿轧 件宽度均布, 总压力为P . 辊颈处支反力左右相等为P/2 . 因轧辊结构和载荷对称,轧辊变形也 对称. 确定轧辊中间总挠度量时, R R力力可假 定为轴承反作用力轴承反作用力. 讲授人：张正富 n 轧辊各段截面弯矩为: 当0x(a-b)/2时, 当(a-b)/2xa/2时, 将上两式求偏微分得: 辊身中间挠度计算图 讲授人：张正富 n 由弯矩引起的挠度值f1为, 式中, ID、Id分别为辊身截面和辊颈截面惯性矩(mm4); D、d为辊身与辊颈 的直径(mm). 讲授人：张正富 n 轧辊各段截面的剪切力为, 当0x(a-b)/2时, 当(a-b)/2xa/2时, 将上两式偏微分得, 讲授人：张正富 n 由剪力引起的挠度值f2 , 式中,A1、A2为辊身截面面积和辊颈截面 面积(mm2) n 辊身中央截面总弯曲挠度f, 讲授人：张正富 5.4.1.2 辊身中央与板边缘挠度差值的计算 u如图, R可理解为假想力, 此力位于 钢板边缘,且作用在轧辊上. 辊身中间与板边挠度差值计算 n 在辊身中间位置与力R间各段上 的弯矩及对R的偏微分为 讲授人：张正富 n 将上式代入f1公式,并设R=0, 则由弯矩引起的挠度值 为 辊身中间与板边挠度差值计算 讲授人：张正富 因, 并设假想力R=0 n 则由剪切力引起的挠度值 为, n 辊身中央与板边缘挠度差值 , 辊身中间与板边 挠度差值计算 讲授人：张正富 5.4.1.3 辊身中央与辊身边缘挠度差值的计算 l 计算辊身中央与边缘挠度差值,可提供确定辊型凸度根据. l 计算方法与前同, 只需将假想力R作用在辊身边缘. n 由弯矩引起的挠度值 为, n 由剪切力引起的挠度值 为, n 辊身中央与辊身边缘挠度差值 为 讲授人：张正富 5.4.2 四辊板带轧机轧辊挠度的计算 l 四辊板带轧机工作辊实际挠度比支承辊挠度大得多. 因位于板宽之外的那部分工作辊受到支承辊的悬臂弯曲作用; 且,工作辊与支承 辊间弹性压扁的不均匀性大大增加了工作辊的挠度. u 工作辊与支承辊间压力沿辊身 长度按二次曲线分布,如图. 确定f2s时所用的计算图 l 对四辊轧机,轧辊挠度计算 比两辊轧机要复杂得多. 讲授人：张正富 设 n 轧辊间压力总和应等于轧制压 力,即, 引入辊间平均单位压力 确定f2s时所用的计算图 n 由此可得 q0为轧辊中部单位辊身长度上的压力(N/mm) ; q q为轧辊中部和边部压力之差. 讲授人：张正富 5.4.2.1 支持辊的挠曲变形 u 如图,R可理解为假想力,其位于钢 板边缘,并作用在轧辊上. n 在载荷qx和轴承支反力P/2及假 想力R作用下,支持辊辊身中点相对 辊身边缘的挠度f2s可按下式计算, E2、G2为支持辊弹性模量和剪切弹性模量(MPa); I2为支持辊辊身截面惯性矩 (mm4); A2为支持辊辊身截面面积(mm2). 讲授人：张正富 n 在辊身中间位置与力R间各截面上的弯矩方程为, n 外力作用下的剪切力方程, 讲授人：张正富 n 将上述弯矩及剪切力公式代入挠度公式挠度公式,并设假想力R=0,积分整理后,得 式中, 讲授人：张正富 5.4.2.2 工作辊的挠曲变形 u 如图,假设轧制压力沿辊身 长度均布. 确定f1s时所用的计算图 n 则在工作辊均布载荷q和支持辊 对其压力qx及假想力R作用下,在辊 身中间位置与力R间各截面上的弯 矩方程为： 当0z(L-b)/2时, 讲授人：张正富 当(L-b)/2zL/2时, 确定f1s时所用的计算图 讲授人：张正富 n 外力作用下的剪切力方程, 当0z(L-b)/2时, 当(L-b)/2zL/2时, u 明显地,由弯矩及剪切力方程有: 讲授人：张正富 n 工作辊辊身中点相对辊身边缘的挠度f1s : 式中, E1、G1为工作辊的弹性模量和剪切弹性模量(MPa); I1工作辊辊身截面惯 性矩(mm4); A1工作辊辊身截面面积(mm2) 确定f1s时所用的计算图 讲授人：张正富 n 将上述工作辊的弯矩及剪切力计算公式代入挠度计算公式,并设 假想力R=0, 积分并整理可得: 式中, 确定f1s时所用的计算图 讲授人：张正富 n 同理,可求出工作辊中央与板边缘处相对挠度差值f1sb , 确定f1s时所用的计算图 讲授人：张正富 5.4.2.3 轧辊间中部与边部压力差压力差q的确定 l 欲求f2s、f1s、f1sb , 必须确定q ,可据工作辊和支持辊间的变形协调条变形协调条 件件来确定. n 如图,工作辊与支持辊间的变形关系可表示为: 式中,fy为辊间压扁不均匀引起的工作辊挠度(mm). 讲授人：张正富 n 工作辊与支承辊间的相互弹性压扁量, 近似按两圆柱体相互接触挤压 公式计算,即, 式中, kw为柔度系数. n 将以上各式代入 ,得 讲授人：张正富 n 求得q后,对辊间压力qx沿辊身长度分布曲线方程修正: 将q值代入前述相关方程,可求得工作辊辊身边缘相对辊身中央的 挠度f1s、工作辊辊身中央辊身中央相对于板材边缘板材边缘处的挠度值f1sb . u 板带轧辊辊型确定除挠度因素外,还需考虑不均匀温度分布导致的 辊面不均匀热膨胀、及辊面不均匀磨损等,以保证轧制板型的正确. 讲授人：张正富 5.5 轧辊专用轴承 5.5.1 轧辊轴承工作特点及其类型 5.5.1.1 轧辊轴承工作特点 l支承轧辊,并保证轧辊的正确位置. l 应具有较小摩擦系数,足够的强度和 刚度, 寿命长、便于换辊. n 工作特点： 承受的压强大. 承受的热许用值pv高. 工作温度高. 工作环境恶劣. 讲授人：张正富 5.5.2 滚动轴承 应用最为广泛. 摩擦系数低、能耗低、磨损小, 使用寿命长、刚度大、利于保证轧制产 品精度. 广泛用于冷、热轧板带材轧机、线材轧机及其他各种轧机上. 一般用干油脂润滑,也采用油雾润滑. u 缺点缺点: : 径向尺寸较大. 采用多列滚动体结构: 圆锥滚柱轴承、圆柱滚柱轴承、球面滚柱轴承、 滚针轴承. 5.5.1.2 轧辊轴承的主要类型 滑动轴承、滚动轴承、液体摩擦轴承, 滑动轴承已日趋淘汰. 讲授人：张正富 圆锥滚柱轴承 1-固定环；2-锁紧螺母；3,8-螺钉；4- 螺丝环；5-定位环；6-支持辊辊头； 7-键；9-自位球面垫；10-轴承座；11 -外圈；12-锥形滚柱；13-支持辊辊颈 ；14-内圈环；15-固定环 5.5.2.1 圆锥滚柱轴承 l 能同时承受径向和轴向负荷; l 滚柱端面和内圈导向边缘间存在滑动摩擦,故 比圆柱滚柱轴承易发热,不适于高速. l 不能自动调心,加剧了各列滚动体受力不均. 轴承上需自位球面垫. l 为便于换辊,轴承内圈与辊颈采用动配合. l 因配合较松,为防止辊颈磨损,辊颈表面硬度取 HS4050.同时,保证配合面有润滑油. l 常用于四辊冷、热板带轧机上的工作辊,或冷 轧支持辊上. 讲授人：张正富 5.5.2.2 圆柱滚柱轴承 l 承载能力高,适于高速重载. l 只能承受径向载荷,轴向须用独立止推轴 承. l 采用圆柱滚柱和止推滚柱(或滚珠)组合, 可发挥各自最大作用. l 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. l 换辊时,外圈、滚柱、轴承座组成一个整 体,可与任何一对内圈配合,具有互换性;拆 卸时,内圈和轧辊一起拆下. l 可用油雾润滑、稀油循环润滑、干油润 滑. 1700四辊冷轧机的多列圆柱滚柱轴承 1-圆柱滚柱轴承；2-止推轴承；3-辊颈 ；4-轧辊 讲授人：张正富 5.5.2.3 球面滚柱轴承 l 滚柱与套圈以球面配合,能自动调心, 即,轴承轴线可随辊颈轴线转动,保持彼 此平行. l 同时承受径向和轴向载荷,不需另加止 推轴承. l 常用于四辊冷轧机的支持辊. 球面滚柱轴承 1-球面滚柱；2-球面套圈；3- 隔离环；4-锥形辊颈 5.5.2.4 滚针轴承 l 适于轴承尺寸严重受限场合,如,多辊 轧机和小型四辊冷轧机的工作辊上. l 为减小外形轮廓尺寸,可取消轴承的 内圈或外圈,或二者均不用. l 该轴承不能承受轴向负荷. 讲授人：张正富 5.5.3 轧辊用液体摩擦轴承 n 油膜轴承油膜轴承: 流体润滑的封闭式滑动轴承. l 主要特点：辊颈旋转时,辊颈与轴承衬被一层油膜分隔被一层油膜分隔,且能在很高 压强(250MPa)下处于液体摩擦状态. 故摩擦系数仅0.0010.008 . l 特别适于高速重载. u已广泛用于四辊板带连轧机支持辊轴承,连续小型和线材轧机也开 始使用油膜轴承. u 分为: 动压油膜轴承、静压油膜轴承、动-静压油膜轴承. 讲授人：张正富 5.5.3.1 动压油膜轴承 n 靠辊颈高速旋转把润滑油吸 入负荷区的楔形间隙中形成工 作油膜. 油膜轴承截面中压力分布与偏移位移 a-静止状态；b-轴颈旋转时油楔径向压力分布 工作过程：工作过程： 轧辊转动润滑油被吸入楔形间 隙、建立压力转速增大油楔压 力增大转速达到一定值形成 油膜油楔压力合力与外载荷平 衡辊颈被托起实现液体摩擦 辊颈中心顺旋转方向偏到一个 新的稳定位置(偏离轴承中心e). 讲授人：张正富 液体摩擦轴承具有: l 高承载能力 l 低摩擦损失 l 良好冷却润滑条件. 本钢1700热连轧油膜轴承 轧机油膜轴承 讲授人：张正富 u 各点压力p在垂直方向投影之 和等于外力P . u 对于轴承工作长度和直径之比 为0.71.0的油膜轴承,其承载能 力近似为: P为动压油膜轴承承载能力(N); 润滑油的绝对粘度(Ns/m2); v为辊颈表面滑动 速度(m/s); l为轴承工作宽度(m); d为辊颈直径(m); 为轴承半径间隙(m)， ; ds为轴承衬内径(m); hmin为最小油膜厚度(m). 承载能力随、v、d、l的增加而提高. 当轴承半径间隙一定时, 承载能力随hmin的减小而提高. 讲授人：张正富 u 动压油膜轴承的摩擦系数可按下式选取： p为平均压强(Pa). 为减小摩擦系数,对轻载、高速轴 承,宜选用低粘度润滑油; 重载、低速轴承宜选用高粘度润 滑油. n 两种典型结构: 轴向力由锥体套本身的止推法兰 承受; 辊颈外端专门装有止推滚动轴承. 1700轧机带有止推滚动轴承的动压轴承 1-套筒(合金锻钢);2-锥形辊颈;3-方键;4-轴承 衬(巴氏合金);5-锁销;6-止推滚动轴承;7-螺丝 环;8-锁紧螺母;9-外盖;10-迷宫密封 (1与4间为转动摩擦面) 讲授人：张正富 5.5.3.2 静压油膜轴承 l 两滑动表面间输入足以平衡轧制力和辊重的高压油,靠油的静压力使辊 颈在轴承中浮起. 无论何时均能实现液体摩擦. 承载能力大、寿命长、刚性高; 适于各种转速和载荷条件; 轧机静压轴承多 采用四个油缸. 600冷轧机支承辊所用的静压油膜轴承工作原理图 可降低对轴承衬材料 的加工制作要求. 但需可靠的高压液压 系统及相应的