《軋輥軸承》PPT課件.ppt

1、第3章 軋輥軸承,3.1 軋輥軸承的工作特點 3.2 軋輥軸承的類型與特點 3.3 非金屬襯開式軸承 3.4 滾動軸承 3.5 液體摩檫軸承,3.1 軋輥軸承的工作特點,1、軋輥軸承的作用：是用來支承軋輥，并承受由軋輥傳來的軋制力，同時保持軋輥在機架中正確位置。 2、軋輥軸承應具有較小的摩擦系數，足夠的強度和剛度，壽命長，便于換輥。 3、軋輥軸承的負荷（工作）特點： 軋輥軸承是軋鋼機工作機座中的重要部件。由于各類軋機的結構及工作條件差別很大，因而必須采用不同類型的軸承。和一般用途的軸承相比，軋輥軸承有以下特點：,承受很高的單位壓力（p）； 軋輥軸承所承受的單位壓力要比普通軸承大25倍。這是因為

2、軋機的軋制壓力大，而其軸承受外圍尺寸的限制和在較短的輥頸內使用很大的許用應力所決定的。 承受的熱許值即Pv值大； Pv值比普通軸承大424倍；Pv值是代表能量消耗的指標，即反映軸承發(fā)熱情況的數值，由于軋輥軸承的單位壓力高，且輥頸圓周速度也較大，這就造成了Pv值很大。,工作溫度高； 軸承的工作溫度在普通機械上只有幾十度，最高到100 0C左右，而軋輥軸承的工作溫度可達300 0C，甚至可達400 0C。為了使軋輥軸承溫度不致升得過高，可在輥頸上澆水或用強力的循環(huán)油達到人工冷卻。 工作條件惡劣。 除了高負荷外，軋輥軸承在受到高溫的同時用水冷卻，因而溫度很不穩(wěn)定，而且污水、氧化鐵皮和塵土等容易落入，

3、潤滑也較困難等。所以如何選擇軋輥軸承的型式和選擇軸瓦材料是很重要的。,各種熱軋機在軋制時，軋輥都要用水冷卻(疊軋薄板軋機除外)，且有氧化鐵皮飛濺；冷軋機在軋制時要采用工藝潤滑劑(乳化液或其它軋制油)來潤滑、冷卻軋輥與軋件，在多數情況下，它們是不能與軸承潤滑劑相混的。因此，對軸承的密封提出了較高的要求。,3.2 軋輥軸承的類型與特點,軋輥軸承的主要類型是滾動軸承與滑動軸承。,軋輥上使用的滾動軸承主要是雙列球面滾子軸承，四列圓錐滾子軸承及多列圓柱滾子軸承。滾針軸承僅在個別情況下用于工作輥。滾動軸承的剛性大，摩擦系數較小，但抗沖擊性能差、外形尺寸較大。它們多用在各種板帶軋機和鋼坯連軋機上。,滑動軸承

4、有半干摩擦與液體摩擦兩種。半干摩擦滑動軸承主要是開式酚醛夾布樹脂軸承(夾布膠木軸承)，它廣泛用于各種型鋼軋機、鋼坯軋機及初軋機。在有的小型軋機上還使用銅瓦或尼龍軸承。疊軋薄板軋機采用銅瓦軸承，但由于軋輥溫度高，故采用瀝青作為軸承的潤滑劑。,液體摩擦軸承有動壓、靜壓和靜一動壓三種結構型式。它們的特點是摩擦系數小，工作速度高，剛性較好，使用這種軸承的軋機能軋出高精度的軋件。這種軸承廣泛用在現代化的冷、熱帶鋼連軋機支承輥及其它高速軋機上。 液體摩擦軸承的允許速度只受散熱條件的限制，在適當冷卻的條件下，當速度提高時，承載能力不是降低，而是提高。,目前，液體摩擦軸承已經在連軋機上成功地工作著，并且從實踐

5、中已證明，可以用在可逆式軋機上。一般地說，對于經常啟動和可逆的軋機，由于液體摩擦軸承負荷起動時摩擦力矩大，因此是不希望采用的。但在制造精確及啟動很迅速的情況下，軸承很快進入液體摩擦區(qū)域，故有采用的可能。 動壓軸承的制造精度要求高，成本貴，安裝、維護要求嚴格。,帶金屬軸瓦的滑動軸承：用于疊軋薄板軋機。 帶布膠軸瓦的滑動軸承：用于開坯、中厚板及型鋼軋機。 閉式（液體摩擦）軸承：用于四輥軋機。 滾動軸承：用于鋼板、鋼坯、線材、鋼管軋機。,課外作業(yè): 1、軋輥軸承的工作特點是什么？ 2、軋輥軸承的類型、特點及用途是什么？,3.3 非金屬襯開式軸承,3.3.1 帶非金屬軸瓦的開式滑動軸承 1、應用：除冷

6、軋機、薄板軋機、部分線材軋機和鋼管軋機以外的大部分軋機上。 2、制作：布膠軸瓦是一種用棉織品（棉布或帆布）先在合成樹脂中浸透的棉布用高壓壓制成，其布層之間都充滿了樹脂，是一種多層狀的塑料。 3、軸瓦主要是酚醛夾布樹脂（膠木軸瓦）和塑料軸瓦。,4、優(yōu)點： 摩擦系數低，具有良好的耐磨性，因此壽命高，并可減少能耗； 膠木軸瓦比較?。?040mm），故可采用較大的輥頸直徑，這樣有利于提高輥頸強度； 膠木軸瓦可用水潤滑，不存在軸承密封問題； 膠木軸瓦質地較軟，既耐沖擊，又能吸收進入軸承的氧化鐵皮等硬質顆粒，因而有利于保護輥頸表面質量。,缺點： 強度低，耐熱性和導熱性差； 工作時需要大量的循環(huán)水進行強制冷

7、卻和潤滑； 剛性差，彈性模量只有5001100MPa，因此受力后彈性變形大。對軋件尺寸要求嚴格的軋機，不宜采用這種軸承瓦。,5、配置： 徑向襯瓦（軸瓦） 軸向襯瓦（端襯瓦） 目前應用最廣的整壓成型的圓柱形襯瓦。為了提高耐磨性能，組合式襯瓦應使其分層方向與輥頸表面垂直布置。 6、整塊式布膠軸瓦的主要尺寸 布膠軸瓦的長度l決定于輥頸長度； 軸承軸瓦的包角還與軸瓦承受的水平分力的大小有關系。一般在10001400范圍內。 軸瓦厚度h h一般取2540mm 。,7、端襯瓦（止推軸瓦） 輥頸直徑 600mm 時，用整塊的； 輥頸直徑 600mm 時，用三塊拼合式。 8、襯瓦在軸承中的裝配 主軸瓦裝在受軋

8、制力方向； 中輥軸瓦裝在輥頸上、下兩邊； 上輥軸承在輥頸下裝輔助瓦（托瓦），以便在軋輥空載時承受軋輥重量。,非金屬襯開式軸承是半干摩擦滑動軸承的主要形式，而酚醛夾布樹脂(夾布膠木)是非金屬軸承襯的理想材料。它的特點是： 1) 抗壓強度較大，順纖維方向為100150MPa，垂直纖維方向可達230245MPa； 2) 摩擦系數比金屬襯瓦低1020倍； 3) 有良好的耐磨性，使用壽命較長； 4) 膠木襯瓦較薄(3040mm)，故可以采用較大的輥頸尺寸，有利于提高軋輥強度； 5) 可用水做潤滑劑，不存在軸承密封的問題； 6) 能承受沖擊載荷。,膠木襯瓦的缺點是它的耐熱性和導熱能力差(導熱系數比金屬襯瓦

9、約低90倍)，工作時需要大量的循環(huán)水進行強制冷卻。另外，它的剛性差，彈性模數只有5001100MPa，受力后彈性變形較大。因此，在軋件尺寸要求嚴格的軋機(精軋機座)上，不宜使用這種軸承。 膠木軸瓦冷卻與潤滑用水的水量，可按下面經驗公式大致確定,3-39,式中 Q 一個軸瓦的耗水量，kgh； P 作用在軸承上的力，N； d 軋輥輥頸直徑，cm； u 摩擦系數，u = 0.030.06； n 軋輥轉數，rmin。,為改善軸瓦的工作狀況，在更換軋輥時或停車以后，可向軸瓦內注入適量干油。對可逆式軋機，周期性地注入少量干油，可以減小軋機的啟動力矩。 鋼軋輥輥頸如果表面淬火，可顯著延長軸瓦壽命。 軸瓦的結

10、構形狀有半圓柱形(圖3-20c)、長方形(圖3-20h)及組合式(圖3-20a)幾種。半圓柱形軸瓦用料最省，但在軸承盒中需要有切向固定。長方形的切向固定性較好，但用料較多。由三塊膠木組成的組合式軸瓦比較省料。目前應用最多的是整體壓制半圓柱形的軸瓦，其優(yōu)點是省料，制造方便，安裝后不需要另行鏜孔。,整體壓制軸瓦的主要尺寸是它的長度l，包角a和厚度h(圖3-21)。,l決定于輥頸長度，包角a一般在10001400范圍內。當l確定后，增加a，可減小軸瓦的單位壓力。但當a增加到1200以上時，對減小單位壓力的作用將減弱，而且在大載荷下，過分增加包角a，會發(fā)生抱軸現象。軸瓦的厚度h對軸承的剛度，導熱性與壽

11、命有很大影響。h愈大，則剛度愈小，導熱性也愈差，而且還會增加軸承的徑向尺寸。但厚度過小，會降低使用壽命。一般軸瓦厚度可根據輥頸直徑選取。,采用拼合軸瓦時，應使其層紋方向與輥頸表面垂直，以提高軸瓦的使用壽命。 軋輥的軸向力由支靠在輥身端面上的端瓦(止推軸襯)承擔，端瓦有兩種型式(圖3-22)，輥頸直徑小于600mm時，用整塊的；輥頸直徑大于600850mm時，用三塊拼合的。根據軋輥尺寸，端瓦厚度可在2560mm內選擇。 徑向軸瓦的最小許用厚度為57mm，端瓦則為1015mm(不包括嵌入軸承盒或軸承座凹槽中的那部分)。徑向軸瓦和端瓦在輥頸上的配置應保證充分利用它們的有效厚度。,非金屬襯軸承除膠木軸

12、承外，在小型軋機上還可使用銅瓦或尼龍軸襯。某廠600三機架冷連軋機的工作輥，采用尼龍襯套軸承并直接用軋制工藝潤滑劑來冷卻和潤滑軸承，取得了很好的效果。這種方式省去了軸承的密封裝置，不僅簡化了軸承部件的結構，而且更換工作輥很方便。根據在該軋機上的使用經驗，軸承間隙應比普通滑動軸承間隙大0.03mm，以防止因熱膨脹后間隙減小，致使輥頸得不到充分的潤滑。,3.3.2 帶金屬軸瓦的開式滑動軸承 這種軸承采用金屬軸瓦的主要材料是青銅，由于軋輥溫度高，故采用瀝青作為軸承的潤滑劑。因為摩擦系數較高，不耐用，又要消耗稀缺貴重有色金屬，所以目前僅用于熱作業(yè)式疊軋薄板上（其輥頸溫度約3000C左右）。為節(jié)省青銅，

13、其代用材料有石墨化鋼、耐熱鑄鐵等。 金屬軸瓦的潤滑，在熱作業(yè)式軋機上主要是使用處理過的無毒石油瀝青潤滑。在冷作業(yè)式軋機軋輥軸承上（溫度在30800C之間），可采用合適的稀油或干油潤滑。,滾動軸承的特點決定了它在軋機上的使用方式。由于軋輥軸承要在徑向尺寸受到限制的條件下承受很大的軋制力，所以在軋機上使用的滾動軸承多采用多列滾子軸承。這種軸承有較小的徑向尺寸和良好的抗沖擊性能。主要有雙列球面滾柱軸承，四列圓錐滾柱軸承和多列圓柱滾子軸承。前兩種可同時承受徑向力和軸向力；第三種雖要附加軸向止推軸承，但它的徑向尺寸小，承載能力大，允許轉速高，因而，近年來在高速、重載軋機上廣泛采用。,3.4 滾動軸承,3

14、.4.1 滾動軸承的應用 廣泛應用于冷軋機及熱軋機的四輥式軋機、薄板軋機、線材軋機、鋼坯軋機、某些鋼管軋機和其它軋機上。適用支承輥載荷不大、速度不高的情況下也可用滾動軸承。,3.4.2 滾動軸承的優(yōu)點及缺點 優(yōu)點： 摩擦系數低，能耗低； 磨損小，使用壽命長； 剛度大，有利于保證軋制產品的精度； 一般用油（油脂）潤滑，不要求特別嚴格的密封。 缺點：造價高、尺寸較大、在徑向尺寸受限制時，不得不縮小輥頸尺寸。,3.4.3 滾動軸承的類型 1）圓錐滾柱軸承 四列圓錐滾柱軸承 （1）它是由兩個內圈、三個外圈、滾動體和保持架四部分組成； （2）在制造上無互換性，所以裝配時，必須按一定標記進行； （3）它有

15、兩個外調整環(huán)，和一個內調整環(huán)，使四列錐柱與外套間隙相等，以保持工作時受力均勻； （4）為了便于拆裝，軸承內圈與輥頸選用動配合； （5）這類軸承不能自動調心，軸承上必須有自位球面墊。,2）圓柱滾柱軸承 四列圓柱滾柱軸承 （1）摩擦系數低（f=0.0011），使用于高速重載荷場合。 （2）這類軸承只承受徑向載荷，軸向負荷必須用獨立的止推軸承來承受。徑向、軸向滾子各自發(fā)揮作用。 （3）圓柱滾柱軸承與輥頸為靜配合，在軸承座內為過渡配合。止推軸承與輥頸和軸承座均為動配合。 （4）換輥時，外圈和滾柱與軸承座組成一整體，可以和任何一對內圈配合，具有互換性。拆卸時，內圈和軋輥一起拆下。 （5）可用油霧潤滑、稀

16、油或干油潤滑。,3）球面滾柱軸承 （1）應用于四輥冷軋機的支承輥上； （2）這類軸承的滾柱與套圈是以球面相配合的，因此，能自動調心，即軸承的軸線可隨輥頸軸線轉動，保持彼此平行。它可同時承受徑向和軸向載荷，因此不需另加止推軸承。,4）滾針軸承 （1）這類軸承適用于軸承尺寸受限制的場合； （2）多用于多輥軋機和小型四輥冷軋機的工作輥上； （3）該軸承不能承受軸向負荷，需要另加的止推軸承； （4）為了減小它的外形輪 尺寸，可以取消內圈或外圈，或兩者都不用。這樣輥頸和滾針與軸承直接接觸，就要求各零件的加工精度與光潔度以及滾動面硬度互相配合。,3.4.4 滾動軸承的壽命計算 根據軋輥尺寸選擇合適的軸承型

17、號，軋輥軸承主要是計算軸承的壽命。計算軸承的壽命要求符合軸承的實際壽命，必須準確的確定動負荷。當量動負荷與軸承壽命之間的關系可用下式表示：,式中 Lh 以小時計算的軸承額定壽命，h； n 軸承的轉速，r/min； C 額定動負荷，N，其值由軸承樣本查得； 壽命指數，對于求軸承=3，對于滾子軸承=10/3 ； P 當量動負荷，N。 當量動負荷可由下式求得：,P=(XFr+YFa)f F fT,式中X 徑向系數，根據F。Fr之比值，由軸承樣本查得； Y 軸向系數，由軸承樣本查得； Fr 軸承徑向負荷，N； Fa 軸承軸向負荷；N； 一般帶材軋機： Fa=0.02 Fr 低精度中、小型板帶軋機： F

18、a=0.1 Fr 板帶軋機： Fa=0.02 0.1 Fr 對稱斷面型鋼軋機： Fa=0.1 Fr 不對稱斷面型鋼軋機： Fa=0.2 0.25 Fr,fT 溫度系數，軋輥軸承一般只能在100溫度以下工作，所以fT=1。需要軸承在高溫下工作時，應向軸承廠提出要求。對高溫軸承廠fT可查軸承樣本； f F 負荷系數，由于工作中的振動、沖擊和軸承負荷不均等許多因素的影響，軸承實際負荷要比計算負荷大，根據工作情況以負荷系數f F 表示。板材軋機的f F 值推薦如下：1)熱軋機f F = 1.51.8； 2)冷軋機廠f F = 1.21.5。 當計算多列圓柱軸承和滾針軸承時，取軸向負荷等于零，其軸向負荷

19、由專門的止推軸承承受。當量動負荷的計算式為： P = f F Fr 當計算與多列圓柱軸承、滾針軸承、動壓軸承配套使用的止推軸承時，取徑向負荷等于零，當量動負荷的計算式為： P = f F Fa,課外作業(yè)： 1、帶非金屬軸瓦的開式滑動軸承的類型、特點及用途是什么？ 2、帶金屬軸瓦的開式滑動軸承的用途是什么？ 3、滾動軸承的類型、特點及用途是什么？,3.5 液體摩檫軸承（油膜軸承）,液體摩擦軸承又稱油膜軸承，1934年始用于軋鋼機。在運轉中軸頸和軸襯之間被一層油膜完全隔離開來，形成所謂液體摩擦狀態(tài)。由于精細的加工，良好的結構，它能在高達25MPa的單位壓力下處于液體摩擦狀態(tài)，摩擦系數僅為0.001

20、0.008。 3.5.1 液體摩擦軸承的基本特點 （1）摩擦系數低，能耗小。 （2）適合在高速重載條件下工作。 （3）使用壽命長，可達1020年。 （4）結構緊湊。,3.5.2 液體摩擦軸承的類型 按其油膜形成的條件，可分為動壓油膜軸承、靜壓油膜軸承和靜動壓油膜軸承。 1）動壓軸承 液體動壓軸承潤滑油膜的形成可分成三個階段。當軸開始轉動時，軸頸與軸承直接接觸，相應的摩擦屬半干摩擦，軸在摩擦力的作用下偏移(圖3-29a、b)。如果軸承附有靜壓起動裝置，使軸承在起動時在高壓油的作用下抬起，則可避免這種現象。當軸的轉速增大，吸入軸頸軸承間的油量也增加，具有一定粘度的油被軸頸帶入油楔，油膜的壓力逐漸形

21、成。轉動中，動壓力與軸承徑向載荷相平衡(圖3-29c)，軸頸的中心向下、向左偏移并達到一個穩(wěn)定的位置，這時軸承和軸之間建立了一層很薄的楔形油膜。當軸的轉速繼續(xù)增大，軸頸中心向軸承中心向移動。理論上，當軸轉速達到無窮大時，軸頸中心與軸承中心重合(圖3-29d)。,（1）工作原理：利用摩擦副表面的相對運動，把油帶入摩擦表面之間，建立壓力油膜把摩擦面分隔開。當輥頸在軸承中靜止時，由于它本身的重量自然與軸承底部接觸；當輥頸沿反時針方向開始轉動時，由于金屬間的摩擦，輥頸靠左側向上移動；當轉速繼續(xù)升高時，由于輥頸的轉動將一定粘度的潤滑油帶入楔形間隙，輥頸稍向右側偏移。這時由于高速轉動體的泵壓作用，不斷地將

22、潤滑油從入口處壓向出口處，在間隙最小處hmin形成一個高壓，此壓力若足一以與軋制力平衡，就能將輥頸浮起，使它與軸承內表面脫離接觸，實現液體摩擦。,（2）定義：由于依靠運動，即利用液體的動力效應來建立液體摩擦條件，叫動壓油膜軸承。 （3）動壓軸承保持液體摩擦的條件是： 輥徑和軸襯間具有楔形間隙，以便使?jié)櫥捅晃胄p，建立確定的油楔； 輥徑應有足夠的旋轉速度，以便在油膜中形成與外力平衡的壓力； 要連續(xù)供給足夠的粘度適當的非常清凈的潤滑油； 軸承摩擦面需要高精度加工，尺寸精度為一級； 軸承具有良好的密封性。,（4）最小油膜厚度hmin hmin應大于兩個相對滑動表面的微觀不平度之和。對保證油膜形成

23、有利，但其速度也有限制，在某一特定條件下，有個可保證液體層流狀態(tài)的臨界速度，超過這個速度就會出現，破壞油膜的形成。 （5）所選用的潤滑油 低粘度的透平油（2257）和高粘度的軋鋼機油（HJ328）兩種。為了減少值，對輕載、高速的軸承，用低粘度的潤滑油，而重載、低速時，用高粘度的潤滑油。 （6）動壓軸承的結構,2）靜壓軸承 由于動壓軸承的液體摩擦條件只在軋輥具有一定轉速情況下才能形成，因此，當軋輥經常啟動、制動和反轉時，就不易保持液體摩擦狀態(tài)。而且，動壓軸承在啟動之前不允許承受很大載荷，這就使動壓軸承的使用受到限制。一般它只在轉速變化不大的不可逆軋機上才具有良好的效果。在軋制薄帶鋼的軋輥上，由于

24、軋輥有很大的預壓靠，造成有載啟動，將使動壓軸承壽命大為降低，甚至可能由于軸承中的巨大摩擦力矩而引起主電機跳閘，或使工作輥和支承輥之間打滑(工作輥驅動時)，造成軋輥破壞或其它生產事故。此外，如前所述，動壓軸承的油膜厚度將隨軋制速度的改變而變化，而軋輥中心距的相應變化則為油膜厚度變化的兩倍，因而，對軋制精度有很大影響。,基于上述原因，新型液體摩擦軸承的研究已引起廣泛注意。1962年出現了使用靜壓液體摩擦軸承的軋機。 靜壓軸承的高壓油膜是靠一個專門的液壓系統(tǒng)供給的高壓油產生的，即靠油的靜壓力使軸頸懸浮在軸承中。因此，這種高壓油膜的形成與軸頸的運動狀態(tài)無關，無論是啟動、制動、反轉、甚至靜止狀態(tài)，都能保持液體摩擦條件，這是它區(qū)別于一般動壓軸承的主要特點。,（1）工作原理：是在軸承兩滑動表面之間輸入足夠平衡軋制力的高壓油，人為地使兩個表面分離，即靠油的靜壓力使輥頸在軸承中浮起，實現液體摩擦。 （2）優(yōu)點：具有承載能力大，壽命長，軸承的剛性高， 能滿足各種載荷條件和速度條件的要求。 （3）這種高壓油膜的形成與輥頸的運動狀態(tài)無關，無論是啟動、制動、反轉、甚至靜壓狀態(tài)都能保持液體摩擦條件，這是區(qū)別于動壓軸承的主要特點。 我國某廠在600四輥冷軋機的支承輥上使用了靜壓軸承并取得了良好效果，其原理如圖3-31（P105頁）所示。,3）靜動壓軸承 僅在低速、可