主要零部件设计

第四节 主要零部件设计 之二 辊筒轴承 主要零部件设计 4.2 辊 筒 轴 承 压延机辊筒承受着强大的工作负荷 ， 这些负荷最终 全部由辊筒两端的轴承来承受 。 因此 ， 辊筒轴承所 承受的载荷是很大的 ， 一般可达几 10t、 上 100t。 再 加上辊筒转速低 ， 而工作温度高 ， 因此 ， 工作条件 十分恶劣 。 一般说来 ， 辊筒轴承应满足下列要求： 1） 承载能力要大 ， 轴瓦和轴颈之间摩擦系数要小 ， 以确保辊筒轴承寿命长 ， 功率损耗小； 2） 传热性能好 ， 热膨胀系数小 ， 以确保轴承的散热 和轴承间隙； 3） 轴颈和轴瓦的间隙选择和油孔开设要合理 ， 确保 轴颈和轴瓦之间具有良好的润滑状态和回转精度 。 目前用于辊筒的有 滑动轴承、滚动轴承 。 辊筒轴承 1、滑动轴承的结构 1） 结构组成 辊筒滑动轴承的 结构如图所示 。 可 见 ， 辊筒滑动轴承 主要由 轴承体 、 轴 瓦 、 压盖 、 油封 等 零件组成 。 1-压盖； 2-油封； 3-外侧半压盖 4-高压石棉橡胶垫； 5-挡油环； 6-轴承体； 7一机架； 8-轴衬 辊筒轴承 2） 特点 压延机滑动轴承的结构大体上与开炼机的相同 ， 但它 具有如下特点： 轴承体较小 ； 采用稀油 强制润滑与冷却 ， 并配有过滤冷却设备； 轴衬由扇形轴瓦构成 ， 由于轴承所在位置不同 ， 轴 瓦角度也不同； 同一台压延机不同辊筒的 轴承不能互换 ； 精度要求高 ， 轴承的间隙需要减至最低限度 ， 以减 少半制品误差 。 辊筒轴承 3） 轴衬 （ 瓦 ） 轴瓦直接和轴颈接触并支承轴颈运动 ， 是决定轴承 性能的关键件 。 a、 轴瓦的材料 轴瓦的材料通常采用锡青铜： ZQSn10-1、 ZQSn8-12、 ZQSn10-10、 ZQSn5-25、 ZQSn 7-17等。其中 ZQSn10-1和 ZQSn8-12应用较广。 尤其是 ZQSn10-1是一种较好的减摩材料，因为这种 合金里含有 Cu3P，所以硬度高、耐磨性强，比较适 用于做辊筒那样的重载轴承。 辊筒轴承 b、 轴承的润滑和冷却 辊筒轴承通常 采用稀油进行强制循环润滑和冷却 。 稀油通过油孔引入后 ， 由油沟进行输送和分配 。 开设油孔应注意 ： a） 油孔一般在不加压区或同时在不加压区和加压区 各设一个； b） 设置一个油孔时 ， 油孔的位置以设置在轴瓦加压区 中点前方 90 120范围内较好 ， 而且油孔应在油沟 （ 一般为轴向开设 ） 的偏前方 （ 如下图所示 ） 。 辊筒轴承 c） 当 辊筒没有拉回装置 时，单进油孔就不行，必须 开设两个进油孔。因为当辊筒空运转时，辊筒在自重 作用下位于最低位置，正好把油孔堵死，油无法进去。 所以为同时考虑辊筒空转和负荷运转时的润滑， 必须 开设两个进油孔 ，如图 b所示。 辊筒轴承 c、 轴瓦的几何尺寸 轴瓦的几何尺寸一般根据辊筒轴颈的几何尺寸确定 。 轴颈的直径 d通常取辊筒直径 D的 0.65 0.70倍 ; 轴瓦的内径 D为轴颈 d加 2倍的轴承径向间隙 ； 轴瓦的长度 L通常取 1.1 1.2倍轴瓦的内径 D 。 L D d D d L D 辊筒轴承 4） 轴承体的结构 为了润滑 、 密封的可靠和加工制造方便 ， 近代压延 机都采用整体式轴承体结构 ， 轴承体的内孔形状由 轴瓦的外形结构而定 ， 而其外形则根据工作性质和 使用要求确定 。 压延机的辊筒轴承体外形有 固定式 、 移动式和自动 调心移动式 等几种结构 。 a、 固定式轴承体 固定式轴承体在整机装配调整后轴承位置就固定在 机架窗孔而不再活动 。 通常用楔块调整定位 。 S型四 辊压延机的 号辊筒 和 三辊压延机的中辊 轴承通常 就是这种结构 。 辊筒轴承 b、 移动式轴承体 移动式轴承体即在装配后轴承体可以沿着机架滑槽移 动 ， 以实现辊距的调节 。 四辊压延机的 、 号辊筒 轴承和三辊压延机的 号辊轴承体通常采用这种形式 。 c、 自动调心式移动式轴承体 既能通过调距装置相对机架滑 槽移动，又能通过轴线交叉装 置相对机架滑槽的某一方向转 动一个角度。四辊压延机的 IV 号辊筒三辊压延机的 号辊筒 轴承体通常为这种结构形式。 轴承体 辊筒轴承 d、 轴承体的尺寸 轴承体的宽度 B。 考虑辊筒从机架滑槽装卸起见 ， 它通常比辊筒直径 大 50mm， 即 B=D+50mm左右 (D为辊筒工作部分 外径 )。 轴承体高度 h。 为保证两辊间距为零时 ， 轴承体外壳不相互接触 ， 故通常取尺寸 h=D/2-(5 10)（ mm） 轴承体的轴向长度 L L为轴瓦接触长度加上两端回油槽宽度 。 e、 轴承体材料 通常用 铸钢或优质灰铸铁 制造 。 铸后应进行人工时 效处理 。 辊筒轴承 2、辊筒轴承的边界润滑设计和轴承间隙的确定 1） 边界润滑 作为滑动轴承，摩擦状态有 边界润滑摩擦、液体润 滑摩擦或半液体润滑摩擦 ，由于压延机辊筒轴承是 在低速、大负荷、高温条件下工作，尽管多年来曾 力图实现液体润滑状态，但经验证明，这种轴承很 难避免产生大量铜屑，而实际处于边界润滑状态。 故 压延机的辊筒轴承应以边界润滑状态进行设计 计 算比较合理。 辊筒轴承 滑动轴承的边界润滑状态设计通常采用限制轴承单 位面积压力 p的办法 。 为了保证不产生过度的磨损 ， 应限制轴承的单位面积压力 ， 即 : 式中 Pmax-作用在轴承上最大计算载荷 （ N） D-轴瓦的内径 （ cm） L-轴瓦的有效工作长度 （ cm） p-许用轴承压力（ N cm2），其值依摩擦副 的材料及其工作条件而定，对压延机辊筒轴承一般 取 p=500 700（ N cm2） 辊筒轴承 2） 润滑与冷却 无论滑动或滚动轴承，由于采用强制冷却，会造成辊筒 两端温度低于中央部位，这对生产会带来十分不良的影 响，所以 轴承的温度必须保证适当的高温 。 视压延工艺要求不同，一般在 60 110 ，并采用温度 自动调节装置来控制。 润滑油要采用适应高温度而且不易老化的高级润滑油。 一般当油在 100 时，应有 100 150秒的赛式粘度，并 加入一定数量的防锈剂和过酸化抑制剂才能使用。 辊筒轴承 3) 辊筒轴承间隙 为使辊筒工作时能理想地转动而不致间隙过大 ， 影 响制品的精度 ， 其轴承间隙值应综合考虑下列几个 因素而确定： 辊筒轴颈的热膨胀 ， 轴承的热膨胀 ， 保证轴承润滑条件的必要间隙 ， 轴颈、轴承内孔加工装配综合误差 。 辊筒轴承 3、辊筒滚动轴承的应用 1） 滑动轴承的优缺点 滑动轴承作为压延机辊筒轴承使用已有较长的历史 和比较成熟的使用经验 。 早期的压延机使用较多 。 优点： 滑动轴承结构简单 、 加工制造容易 ， 制造成 本低 。 采用滑动轴承也存在着比较严重的 缺点 ： a) 无功损失大 ， 效率低 。 据估计 ， 压延机驱动功率 约 20 左右消耗在滑动轴承的摩擦损失上； b) 精度低 ， 对制品精度影响大； c) 轴瓦的磨损大 、 寿命低 ， 维修工作量大 。 辊筒轴承 2） 滚动轴承的优越性 基于上述这些问题 ， 随着机械制造工业的发展 ， 压 延成型机辊筒轴承采用滚动轴承越来越普遍 ， 采用 滚动轴承比滑动轴承的优越性在于： （ 1） 体积小 (长度小 ) 采用滚动轴承代替滑动轴承时 ， 由于 滚动轴承的宽 度比滑动轴承小 ， 因此在保证相同刚性的前提下 ， 辊筒工作表面长度可以增加或在保证辊筒具有等同 的工作表面长度而其直径可以相应减小 。 如辊筒直 径为 550mm的辊筒 ， 当采用滑动轴承时 ， 辊筒工作 表面长度为 1450mm， 但改用滚动轴承后 ， 工作表面 长度就可以增加到 1800mm。 辊筒轴承 b） 精度高 不产生像滑动轴承那样因受力使受压区轴瓦变形而 影响制品精度的问题 ， 因此 ， 能提高压延制品的精 度和压延制品的最小厚度 。 c） 无功损失小 、 效率高 用滚动摩擦代替滑动摩擦 ， 机器的无功损失小 、 效 率高 。 如对直径为 550mm的辊筒 ， 传动功率可减 少 30 。 d） 辊筒轴颈不磨损 由于滚柱轴承的内圈和轴颈是 热压配合 而固定的， 因而 避免了采用滑动轴承时辊筒轴颈和轴瓦的磨损 问题 ；同时， 辊筒轴颈的表面状态对轴承的寿命没 有影响，不需镶配特别的钢套 。 辊筒轴承 e） 寿命长 由于压延机辊筒的速度比较慢 ， 属于低速轴 ， 故采 用滚柱轴承可以有很长的寿命 ， 据资料介绍 ， 辊筒 使用滚柱轴承连续运转十年以上其回转精度不变 ， 这就大大减轻了轴承维修的工作量 。 f） 滚柱轴承承载能力大 。 g) 制造技术和安装技术要求高 ， 产品成本高 。 辊筒轴承 滚动轴承示意图 :