艾 晶

(中冶南方工程技術(shù)有限公司技術(shù)研究院 湖北武漢430223)

軋機(jī)中各輥止推軸承結(jié)構(gòu)的分析

艾 晶①

(中冶南方工程技術(shù)有限公司技術(shù)研究院 湖北武漢430223)

介紹了軋機(jī)中支撐輥和工作輥的幾種止推軸承結(jié)構(gòu)，分析了其中一些安裝間隙的意義，介紹了止推軸承的軸向力傳遞情況，對(duì)各輥止推軸承結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)軸承因軸向力損壞的情況有一定的參考價(jià)值。

板帶軋機(jī) 支撐輥 工作輥 止推軸承

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中，很多板帶軋機(jī)因軋輥軸向力過(guò)大，造成輥?zhàn)拥妮S向固定零件變形，甚至輥?zhàn)又兄雇戚S承的燒損，影響了軋機(jī)的正常生產(chǎn)。而形成軸向力的原因較多，主要有軋輥軸線(xiàn)的交叉、非對(duì)稱(chēng)軋制、傳動(dòng)系統(tǒng)的影響以及軋件咬入及拋出時(shí)的軸向沖擊等，生產(chǎn)中實(shí)時(shí)調(diào)整和控制的難度較大。目前，對(duì)軋輥軸向力的理論計(jì)算還沒(méi)有十分可靠的方法，一般按經(jīng)驗(yàn)選取冷軋機(jī)輥?zhàn)虞S向力為軋制力的1%～3%，但在現(xiàn)場(chǎng)操作中發(fā)現(xiàn)軸向力要比經(jīng)驗(yàn)值大的多，因此各個(gè)輥?zhàn)拥闹雇戚S承的設(shè)計(jì)就尤為重要。本文從軋機(jī)各輥止推軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)著手，重點(diǎn)介紹其受力情況及其中一些安裝間隙的意義。

1 支撐輥的止推軸承的結(jié)構(gòu)

在軋機(jī)的支撐輥軸承的設(shè)計(jì)上，一般在操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)設(shè)置四列圓柱滾子軸承來(lái)承受縱向的軋制力，不讓其承受軸向力，而設(shè)置雙列圓錐滾子軸承作為止推軸承來(lái)承受軸向力，不讓其承受軋制力。在止推軸承的設(shè)計(jì)上一般有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種是只在操作側(cè)設(shè)置止推軸承，在此稱(chēng)之為單側(cè)止推軸承結(jié)構(gòu)，另一種是在操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)均設(shè)置，在此稱(chēng)之為雙側(cè)止推軸承結(jié)構(gòu)。

1.1 單側(cè)止推軸承結(jié)構(gòu)

單側(cè)止推軸承結(jié)構(gòu)其操作側(cè)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在圖1中，操作側(cè)四列圓柱滾子軸承的外圈由操作側(cè)軸承座和止推軸承座固定，采用墊片組來(lái)調(diào)整外圈的頂緊程度，內(nèi)圈緊配合到支撐輥輥軸上，內(nèi)圈的一側(cè)與支撐輥輥環(huán)之間存在軸向“間隙a”，正是 “間隙a”使支撐輥在撓曲變形時(shí)輥環(huán)不會(huì)頂緊軸承內(nèi)圈使其軸向竄動(dòng)，更不會(huì)將軸向力傳遞給軸承內(nèi)圈，傳動(dòng)側(cè)結(jié)構(gòu)與此類(lèi)同。軸承內(nèi)圈的另一側(cè)被操作側(cè)壓蓋頂緊，此時(shí)壓蓋與支撐輥輥軸的端面之間有軸向“間隙b”。而在傳動(dòng)側(cè)，傳動(dòng)側(cè)壓蓋與支撐輥輥軸端面頂緊，與軸承內(nèi)圈存在軸向間隙，即傳動(dòng)側(cè)四列圓柱滾子軸承的內(nèi)圈兩側(cè)均不頂緊，則其內(nèi)圈不傳遞也不承受軸向力。

圖1 單側(cè)止推軸承的結(jié)構(gòu)

1-支撐輥; 2-輥環(huán); 3-操作側(cè)四列圓柱滾子軸承; 4-操作側(cè)軸承座; 5-止推軸承座; 6-操作側(cè)壓蓋; 7-雙列圓錐滾子軸承; 8-外套環(huán); 9-保持環(huán); 10-操作側(cè)端蓋; 11-內(nèi)套環(huán); 12-調(diào)節(jié)螺母; 13-鎖緊環(huán)

單側(cè)止推軸承結(jié)構(gòu)只在支撐輥的操作側(cè)設(shè)置止推軸承，作為止推軸承的雙列圓錐滾子軸承接觸角錐度較大，應(yīng)用于軸向負(fù)荷比徑向負(fù)荷大或只有軸向負(fù)荷的情況。在圖1中，外套環(huán)和保持環(huán)用螺栓連接在一起，將雙列圓錐滾子軸承的兩個(gè)外圈固定，外圈之間沒(méi)有墊圈，在兩個(gè)外圈與外套環(huán)和保持環(huán)之間加裝彈簧來(lái)預(yù)緊軸承，且保持環(huán)與外圈端面之間存在軸向“間隙d”，以保證彈簧與外圈的接觸及適應(yīng)軸承的寬度偏差。軸承外圈與外套環(huán)之間存在徑向“間隙e”，此間隙考慮了軸承的配合間隙和軸承游隙的調(diào)整。外套環(huán)與止推軸承座之間存在徑向“間隙c”，用鍵來(lái)防止相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣，止推軸承在承受軸向力時(shí)的徑向分力就不會(huì)傳遞給止推軸承座。在操作側(cè)端蓋與止推軸承座之間設(shè)置墊片組，通過(guò)調(diào)整此墊片組來(lái)保證操作側(cè)端蓋與保持環(huán)之間保留軸向“間隙f”，此間隙滿(mǎn)足了安裝要求。雙列圓錐滾子軸承的內(nèi)圈間隙配合到內(nèi)套環(huán)上，兩者之間用鍵來(lái)傳遞扭矩，內(nèi)套環(huán)的一端與操作側(cè)壓蓋用螺栓固定在一起，并夾緊軸承內(nèi)圈。內(nèi)套環(huán)的另一側(cè)有外螺紋，與調(diào)節(jié)螺母的內(nèi)螺紋相配合，調(diào)節(jié)螺母的另一端頂緊鎖緊環(huán)，鎖緊環(huán)頂緊支撐輥輥徑凹槽的一個(gè)端面，與凹槽的另一個(gè)端面存在軸向“間隙g”。當(dāng)將調(diào)節(jié)螺母向鎖緊環(huán)方向擰動(dòng)時(shí)，內(nèi)套環(huán)、雙列圓錐滾子軸承、操作側(cè)壓蓋、外套環(huán)及保持環(huán)的整體會(huì)一起向四列圓柱滾子軸承方向移動(dòng)，直至操作側(cè)壓蓋頂緊四列圓柱滾子軸承的內(nèi)圈，“間隙f”和“間隙d”均為此軸向移動(dòng)留出空間。內(nèi)套環(huán)和鎖緊環(huán)與支撐輥輥徑之間用鍵聯(lián)接保證同步轉(zhuǎn)動(dòng)。

只有操作側(cè)軸承座與機(jī)架之間有支撐輥軸向鎖緊裝置以限制支撐輥的軸向移動(dòng)，因此，當(dāng)支撐輥產(chǎn)生由操作側(cè)指向傳動(dòng)側(cè)的軸向力時(shí)，軸向力依次經(jīng)鎖緊環(huán)、調(diào)節(jié)螺母及內(nèi)套環(huán)傳遞給止推軸承的內(nèi)圈，再由止推軸承的外圈依次經(jīng)外套環(huán)、止推軸承座、操作側(cè)軸承座、支撐輥軸向鎖緊裝置傳遞給機(jī)架。而當(dāng)支撐輥產(chǎn)生由傳動(dòng)側(cè)指向操作側(cè)的軸向力時(shí)，軸向力要經(jīng)過(guò)與輥徑緊配合的操作側(cè)四列圓柱滾子軸承的內(nèi)圈及操作側(cè)壓蓋傳遞給止推軸承的內(nèi)圈，再由止推軸承的外圈依次經(jīng)保持環(huán)、操作側(cè)端蓋、止推軸承座、操作側(cè)軸承座、支撐輥軸向鎖緊裝置傳遞給機(jī)架。

可以看到，單側(cè)止推軸承結(jié)構(gòu)通過(guò)其操作側(cè)的止推軸承來(lái)承受雙向的軸向力，但在傳遞由傳動(dòng)側(cè)指向操作側(cè)的軸向力時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)弊端，即當(dāng)軸向力較大時(shí)，可能會(huì)破壞四列圓柱滾子軸承的內(nèi)圈與支撐輥輥軸的緊配合，導(dǎo)致軸承內(nèi)圈軸向竄動(dòng)，同時(shí)可以看到，這種結(jié)構(gòu)在止推軸承的安裝上比較復(fù)雜，需要調(diào)整之處較多。

1.2 雙側(cè)止推軸承結(jié)構(gòu)

雙側(cè)止推軸承結(jié)構(gòu)其操作側(cè)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在圖2中，操作側(cè)四列圓柱滾子軸承的外圈由固定在端蓋(一)上的定距環(huán)和止推軸承座來(lái)固定，采用修磨定距環(huán)端面的方式來(lái)調(diào)整軸承外圈的頂緊程度，內(nèi)圈緊配合到支撐輥輥軸上，內(nèi)圈的一側(cè)與輥環(huán)之間沒(méi)有間隙，而內(nèi)圈的另一側(cè)與壓蓋(一)之間存在軸向“間隙h”，壓蓋(一)頂緊輥軸端面且用螺栓固定，“間隙h”的存在使軸向力不會(huì)傳遞給軸承內(nèi)圈，傳動(dòng)側(cè)結(jié)構(gòu)與此類(lèi)同。

雙側(cè)止推軸承結(jié)構(gòu)即在操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)均設(shè)置雙列圓錐滾子軸承，其軸承內(nèi)圈間隙配合到輥軸上，內(nèi)圈的一側(cè)頂緊輥軸軸肩，另一側(cè)用固定在輥軸端面上的壓蓋(二)頂緊，壓蓋(二)與內(nèi)圈之間用鍵來(lái)保證兩者與軸的同步轉(zhuǎn)動(dòng)。止推軸承座和端蓋(二)用螺栓固定在一起，將雙列圓錐滾子軸承的兩個(gè)外圈固定，外圈之間沒(méi)有墊圈，在兩個(gè)外圈與止推軸承座和端蓋(二)之間加裝彈簧來(lái)預(yù)緊軸承，且端蓋(二)與外圈端面之間存在軸向“間隙i” 以保證彈簧與外圈的接觸及適應(yīng)軸承的寬度偏差，通過(guò)調(diào)整止推軸承座與端蓋(二)之間的墊片組來(lái)保證此間隙。同時(shí)，雙列圓錐滾子軸承的外圈與止推軸承座之間存在徑向“間隙j”，此間隙既保證了軸承的安裝，又使止推軸承承受軸向力時(shí)的徑向分力不會(huì)傳遞給止推軸承座。傳動(dòng)側(cè)的結(jié)構(gòu)與此類(lèi)同。

圖2 雙側(cè)止推軸承結(jié)構(gòu)(操作側(cè))

1-支撐輥; 2-輥環(huán); 3-端蓋(一); 4-定距環(huán); 5-操作側(cè)四列圓柱滾子軸承; 6-操作側(cè)軸承座; 7-壓蓋(一); 8-止推軸承座; 9-操作側(cè)雙列圓錐滾子軸承; 10-壓蓋(二); 11-端蓋(二)

只有操作側(cè)軸承座與機(jī)架之間有支撐輥軸向鎖緊裝置以限制支撐輥的軸向移動(dòng)，因此，當(dāng)支撐輥產(chǎn)生由操作側(cè)指向傳動(dòng)側(cè)的軸向力時(shí)，軸向力由輥軸經(jīng)壓蓋(二)傳遞給操作側(cè)止推軸承的內(nèi)圈，再由止推軸承的外圈依次經(jīng)止推軸承座、操作側(cè)軸承座、支撐輥軸向鎖緊裝置傳遞給機(jī)架。當(dāng)支撐輥產(chǎn)生由傳動(dòng)側(cè)指向操作側(cè)的軸向力時(shí)，軸向力由輥軸直接傳遞給操作側(cè)止推軸承的內(nèi)圈，再由止推軸承的外圈依次經(jīng)端蓋(二)、止推軸承座、操作側(cè)軸承座、支撐輥軸向鎖緊裝置傳遞給機(jī)架。對(duì)于傳動(dòng)側(cè)的止推軸承，可以將軸向力傳遞給傳動(dòng)側(cè)軸承座，依靠軸承座襯板與機(jī)架的摩擦力可以抵消極小部分的軸向力，在此忽略不計(jì)。

可以看到，雙側(cè)止推軸承結(jié)構(gòu)中軸承的安裝和調(diào)整都相對(duì)簡(jiǎn)單，由操作側(cè)的止推軸承來(lái)傳遞軸向力，操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)止推軸承的另一個(gè)作用是將兩側(cè)軸承座在支撐輥上軸向定位，當(dāng)軸向力較大時(shí)，操作側(cè)的止推軸承更容易損壞。

2 工作輥的軸承的結(jié)構(gòu)

軋機(jī)的工作輥和中間輥在止推軸承的設(shè)計(jì)上有相似之處，在此以工作輥為例來(lái)進(jìn)行介紹，工作輥的軸承結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 電鍍段和化學(xué)處理段導(dǎo)電輥的結(jié)構(gòu)

1-傳動(dòng)側(cè)鎖緊環(huán); 2-傳動(dòng)側(cè)內(nèi)套環(huán); 3-傳動(dòng)側(cè)四列圓錐滾子軸承; 4-傳動(dòng)側(cè)軸承座; 5-傳動(dòng)側(cè)輥環(huán); 6-傳動(dòng)側(cè)端蓋; 7-工作輥; 8-操作側(cè)端蓋(一); 9-操作側(cè)輥環(huán); 10-操作側(cè)四列圓錐滾子軸承; 11-操作側(cè)軸承座; 12-雙列圓錐滾子軸承; 13-操作側(cè)內(nèi)套環(huán); 14-操作側(cè)端蓋(二); 15-操作側(cè)鎖緊環(huán)

從圖3可以看到，在操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)均設(shè)有四列圓錐滾子軸承，用以承受工作輥的彎輥力、平衡力或部分軸向力，在操作側(cè)的四列圓錐滾子軸承之外還設(shè)有接觸角錐度較大的雙列圓錐滾子軸承來(lái)承受軸向力，這種結(jié)構(gòu)在此稱(chēng)之為帶止推軸承的工作輥結(jié)構(gòu)。還有一種結(jié)構(gòu)取消了雙列圓錐滾子軸承，在傳動(dòng)側(cè)結(jié)構(gòu)不變的情況下，其操作側(cè)的結(jié)構(gòu)與圖3中的傳動(dòng)側(cè)的結(jié)構(gòu)類(lèi)似，在此稱(chēng)之為不帶止推軸承的工作輥結(jié)構(gòu)。

2.1 帶止推軸承的工作輥結(jié)構(gòu)

在帶止推軸承的工作輥結(jié)構(gòu)中，傳動(dòng)側(cè)四列圓錐滾子軸承的外圈由傳動(dòng)側(cè)軸承座和傳動(dòng)側(cè)端蓋固定，應(yīng)用墊片組來(lái)調(diào)整軸承外圈的頂緊程度，軸承內(nèi)圈松配合在工作輥輥軸上，內(nèi)圈的一側(cè)緊貼傳動(dòng)側(cè)輥環(huán)，另一側(cè)由傳動(dòng)側(cè)內(nèi)套環(huán)頂住，內(nèi)套環(huán)的另一個(gè)端面與傳動(dòng)側(cè)鎖緊環(huán)之間保留軸向“間隙n”，以適應(yīng)軸承的寬度偏差、安裝調(diào)整及游隙的要求。操作側(cè)四列圓錐滾子軸承的外圈由操作側(cè)軸承座和操作側(cè)端蓋(一)固定，應(yīng)用墊片組來(lái)調(diào)整軸承外圈的頂緊程度，軸承內(nèi)圈松配合在輥軸上，內(nèi)圈的一側(cè)與操作側(cè)輥環(huán)之間保留軸向“間隙o”，另一側(cè)也沒(méi)有任何零件將其頂緊，即操作側(cè)四列圓錐滾子軸承不承受軸向力。

在止推軸承處，操作側(cè)軸承座和操作側(cè)端蓋(二)用螺栓聯(lián)接在一起，將雙列圓錐滾子軸承的兩個(gè)外圈固定，外圈之間沒(méi)有墊圈，在兩個(gè)外圈與操作側(cè)軸承座和操作側(cè)端蓋(二)之間加裝彈簧來(lái)預(yù)緊軸承，且通過(guò)調(diào)整操作側(cè)軸承座與操作側(cè)端蓋(二)之間的墊片組來(lái)保證操作側(cè)端蓋(二)與軸承外圈之間的軸向“間隙p”，以保證彈簧與外圈的接觸及適應(yīng)軸承的寬度偏差。止推軸承的外圈與操作側(cè)軸承座之間存在徑向“間隙q”，既保證了軸承的安裝，又使止推軸承在承受軸向力時(shí)的徑向分力不會(huì)傳遞給操作側(cè)軸承座。止推軸承的內(nèi)圈間隙配合到輥軸上，內(nèi)圈的一側(cè)頂緊輥軸軸肩，另一側(cè)用操作側(cè)內(nèi)套環(huán)頂住，操作側(cè)內(nèi)套環(huán)的另一個(gè)端面與操作側(cè)鎖緊環(huán)之間保留軸向“間隙r”，以適應(yīng)軸承的寬度偏差、安裝調(diào)整及游隙的要求。止推軸承內(nèi)圈、操作側(cè)內(nèi)套環(huán)和操作側(cè)鎖緊環(huán)與輥軸之間用鍵聯(lián)接來(lái)保證同步轉(zhuǎn)動(dòng)。

只在操作側(cè)軸承座與機(jī)架之間有工作輥軸向鎖緊裝置以限制工作輥的軸向移動(dòng)，因此，當(dāng)工作輥產(chǎn)生由操作側(cè)指向傳動(dòng)側(cè)的軸向力時(shí)，軸向力依次經(jīng)操作側(cè)鎖緊環(huán)、操作側(cè)內(nèi)套環(huán)傳遞給止推軸承的內(nèi)圈，再由止推軸承的外圈依次經(jīng)操作側(cè)軸承座、工作輥軸向鎖緊裝置傳遞給機(jī)架。當(dāng)工作輥產(chǎn)生由傳動(dòng)側(cè)指向操作側(cè)的軸向力時(shí)，軸向力由輥軸直接傳遞給止推軸承的內(nèi)圈，再由止推軸承的外圈依次經(jīng)操作側(cè)端蓋(二)、操作側(cè)軸承座、工作輥軸向鎖緊裝置傳遞給機(jī)架。

可以看到，帶止推軸承的工作輥結(jié)構(gòu)通過(guò)加裝的止推軸承來(lái)承受雙向的軸向力。一般來(lái)說(shuō)，輥?zhàn)拥妮S向鎖緊裝置在哪一側(cè)，則止推軸承就加裝在哪一側(cè)，如有的中間輥的軸向鎖緊裝置在傳動(dòng)側(cè)，則中間輥加裝的止推軸承就裝在傳動(dòng)側(cè)軸承座內(nèi)。2.2 不帶止推軸承的工作輥結(jié)構(gòu)

對(duì)于不帶止推軸承的工作輥，其操作側(cè)的四列圓錐滾子軸承的安裝與傳動(dòng)側(cè)類(lèi)似，即軸承的外圈由操作側(cè)軸承座和操作側(cè)端蓋(一)固定，由墊片組來(lái)調(diào)整軸承外圈的頂緊。軸承內(nèi)圈的一側(cè)與操作側(cè)輥環(huán)頂緊，另一側(cè)由操作側(cè)內(nèi)套環(huán)頂住，內(nèi)套環(huán)的另一側(cè)與操作側(cè)鎖緊環(huán)之間同樣保留軸向“間隙n”，以適應(yīng)軸承的寬度偏差、安裝調(diào)整及游隙的要求。

這樣，當(dāng)工作輥產(chǎn)生由操作側(cè)指向傳動(dòng)側(cè)的軸向力時(shí)，軸向力依次經(jīng)操作側(cè)鎖緊環(huán)、操作側(cè)內(nèi)套環(huán)傳遞給操作側(cè)四列圓錐滾子軸承的內(nèi)圈，再由外圈依次經(jīng)操作側(cè)端蓋、操作側(cè)軸承座、工作輥軸向鎖緊裝置傳遞給機(jī)架。當(dāng)支撐輥產(chǎn)生由傳動(dòng)側(cè)指向操作側(cè)的軸向力時(shí)，軸向力由輥軸直接傳遞給操作側(cè)四列圓錐滾子軸承的內(nèi)圈，再由外圈依次經(jīng)操作側(cè)軸承座、工作輥軸向鎖緊裝置傳遞給機(jī)架。

可以看到，主要還是操作側(cè)的四列圓錐滾子軸承傳遞軸向力，再加上其還要承受彎輥力等徑向力，因此在軸向力較大的情況下，操作側(cè)的四列圓錐滾子軸承較容易損壞。

3 結(jié)論

介紹了軋機(jī)中支撐輥和工作輥的幾種止推軸承結(jié)構(gòu)，分析了其中一些安裝間隙的意義，介紹了止推軸承的軸向力傳遞情況，對(duì)各輥止推軸承結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)軸承因軸向力損壞的情況有一定的參考價(jià)值。

[1]周紀(jì)華等.四輥軋機(jī)支撐輥止推軸承燒損原因測(cè)試[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1995(5)：444-450.

[2]高永生等.四輥軋機(jī)輥系軸向力的實(shí)驗(yàn)[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1995(1)：59-63.

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[4]龍從偉等.四輥軋機(jī)軋輥竄動(dòng)問(wèn)題探討及解決方案[J].武鋼技術(shù)，2011(2)：50-53.

Analysis on the Configurations of Roll Thrust Bearing in Strip Mill

Ai Jing

(WISDRI Engineering & Research Co., Ltd., Wuhan 430223)

This paper introduces several configurations of thrust bearing of backup roll and work roll in strip mill, analyzes the purports of some assemble gaps, introduces the transmission of the axial force by thrust bearing, and presents references in the design of roll thrust bearing and the actual site situations of bearing damages because of the axial force.

Strip mill Backup roll Work roll Thrust bearing

艾晶，女，1978年出生，2007年畢業(yè)于東北大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及理論專(zhuān)業(yè)，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向：冷軋帶鋼處理線(xiàn)的研究和設(shè)計(jì)

TG333.15

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2014.06.011

2014-07-25)