轧辊与轧辊轴承.ppt

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1、轧辊与轧辊轴承,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.,7.1 轧辊的工作特点及其工艺要求7.1.1 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.,7.1.2 轧辊的主要失效形式（1）磨损:磨损达到允许

2、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.7.1.3 轧制生产对轧辊的要求 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.寿命要求:不致过早、或不正常破坏、失效.材质要求：强韧性、耐磨性、耐热性、耐剥落性等,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.,7.2 轧辊的结构形式及材质选择7.2.1 轧辊的结构 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,可将辊身磨制成曲

3、线形状,即辊型.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.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,有利于轴承的装卸与轧辊强度提高。辊颈与辊身交界处为应力集中部位，轧辊强度的薄弱环节，应用适当的圆弧连接 组合辊：韧性好的心轴、硬度高的辊套.辊套采用热压装.,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,7.2.2 轧辊的参数 辊身直径 辊身长度 辊颈直径及长度 辊头尺寸7.2.2.1 辊身直径 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

4、到板带材最小可轧厚度.,Dg为轧辊工作直径(mm);h为压下量(mm);max最大允许咬入角(0),各类轧机轧制钢材的max,确定最佳直径应考虑: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:,（2）轧辊的强度和刚度条件 强度应满足：,多辊轧机:轧制负荷主要由支持辊承担.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).,（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(m

5、m);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),则工作辊径应与轧速、变形量、轧件机械性能相适应.,7.2.2.2 辊身长度 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.,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

6、带材轧机辊身长度的余量,板带材轧机辊身长度确定,一般应和辊径一起考虑.,使轧辊获得最小弯曲挠度和足够强度;以获得所需板形、减小横向厚差.,各类四辊轧机L/D1、L/D2、D2/D1,四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.,7.2.2.3 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.7.2.2.4 辊头尺寸根据连接轴形式确定.7.2.3 轧辊的材质选择 铸铁轧辊(C2.0%)、半钢轧辊(C1.5%)、钢轧辊(C0.8%)三种类型.铸铁辊:普通铸铁、合金铸铁、球墨铸铁.按硬度:半冷硬铸铁、冷硬铸铁、无限冷

7、硬铸铁.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.,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,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.,7.3 轧辊专用轴承7.3.1 轧辊轴承工作特点及其类型7.3.1.1 轧辊轴承工作特点支承轧辊,并保证轧辊的正确位置.应具有较小摩擦系数,足够的强度和刚度,寿命长、

8、便于换辊.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.,7.3.2 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.一般用干油润滑,也采用油雾润滑.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.,7.3.1.2 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.,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-

9、外圈；12-锥形滚柱；13-支持辊辊颈；14-内圈环；15-固定环,7.3.2.1 圆锥滚柱轴承 能同时承受径向和轴向负荷;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.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.为便于换辊,轴承内圈与辊颈采用动配合.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.常用于四辊冷、热板带轧机上的工作辊,或冷轧支持辊上.,7.3.2.2 圆柱滚柱轴承 承载能力高,适于高速重载.只能承受径向载荷,轴向须用独立止推轴承.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.与辊颈为静配合

10、,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.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.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,7.3.2.3 球面滚柱轴承 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.同时承受径向和轴向载荷,不需另加止推轴承.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,7.5.2.4 滚针轴承 适于轴承尺寸严重受限场合,如,多辊轧机和小

11、型四辊冷轧机的工作辊上.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.该轴承不能承受轴向负荷,需另加止推轴承.,7.3.3 轧辊用液体摩擦轴承 油膜轴承:流体润滑的封闭式滑动轴承.主要特点：辊颈旋转时,辊颈与轴承衬被一层油膜分隔,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.特别适于高速重载.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.分为:动压油膜轴承、静压油膜轴承、动-静压油膜轴承.,7.3.3.1 动压油膜轴承,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

12、止状态；b-轴颈旋转时油楔径向压力分布,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).,液体摩擦轴承具有:高承载能力 低摩擦损失 良好冷却润滑条件.,本钢1700热连轧油膜轴承,轧机油膜轴承,各点压力p在垂直方向投影之和等于外力P.,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

13、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.,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.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.特点：锥形套加工简单、止推轴承可单独更 换，密封形式先进；需用专门的止推轴承。,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

14、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),7.3.3.2 静压油膜轴承 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保护装置.,600冷轧机支承辊静压油膜轴承工作原理:,600冷轧机支承辊所用的静压油膜轴承工作原理图,轴瓦内表面周围布置四个油腔1、2、3、4.受载方向大油腔1为主油腔;,上面小油腔

15、3为副油腔;左右两侧有两个面积相等的侧油腔2、4.,油泵将压力油经两滑阀节流器A和B送入油腔;1、3压力由滑阀A控制;2、4压力由滑阀B控制;滑阀和滑体周围的间隙起节流作用(圆柱和筒间的间隙).,轧辊未受径向载荷时.压力油将辊浮在中央,辊颈周围的间隙相等;各腔液体阻力和节流阻力相等;两滑阀在两端弹簧力作用下均处于中间位置,即,滑阀两边节流长度相等,其值为lc.,600冷轧机支承辊所用的静压油膜轴承工作原理图,轧辊承受向下径向载荷P时.辊颈沿载荷方向下移,其中心相对轴承中心偏移量为e,使主腔1处间隙减小,油压p1升高,上面腔3处间隙增大,油压p3降低,上下腔间形成压强差p=p1p3,阻止辊颈下移

16、,并企图迫使它复位.,p反馈作用在滑阀A左端,迫使A向右移x,使左边节流长度减小到lcx,节流阻力减小;而右边节流长度增大到lc+x,节流阻力增大,从而,使流入主腔1油量增加,流入副腔3油量较少.使p进一步增大,直到与外载荷平衡,并使e减小到一个新的平衡位置.,若轴承和滑阀参数选择适当,则有可能使辊颈恢复受载前位置,使辊颈处于稳定状态,即轴承具有最大刚度.静压轴承这个特性对提高轧制精度十分有利.,600冷轧机支承辊所用的静压轴承结构1-螺母；2,4-止推块；3-固定块；5-衬套；6-轴承座；7-密封圈；8-辊颈；9-调整块；10-补偿垫；11-自位垫板,7.3.3.3 动-静压油膜轴承,仅低速

17、、可逆运转或启动、制动时,才用静压系统;高速稳定运转时,轴承按动压制度.大大减轻高压系统负担,并提高轴承工作可靠性.,设计时：既要满足静压承载能力需要的油腔尺寸;又要保证动压承载能力要求的支承面积.采用更小油腔,采用更高压力静压系统.,动-静压轴承供油系统(1700五机架冷连轧机支持辊)1-高压油泵；2-电动机；3-控制装置；4-压力控制开关；5-压力表；6-温度计；7-减压阀；8-安全阀；9-高压表；10-高压分配阀；11-工作管道；12-高压软管；13-轴承部分扩大图；14-动压系统供油管；15-回油管,思考题：(1)轧辊的载荷特点及其主要失效形式是什么？(2)轧辊的结构形式和参数确定原则是什么？(3)掌握型材、板带材轧辊强度的计算方法。(4)掌握不同类型轧机轧辊材质的选择方法。(5)简述轧辊挠度控制的重要性。(6)掌握轧辊挠度计算方法。(7)轧辊专用轴承的工作特点及主要类型？(8)了解液体摩擦轴承工作原理。,辊身（1）板带轧机轧辊 辊身为圆形：一般轧机 辊身微凹：热轧，补偿热膨胀，控制板型。S、雪茄等特殊曲线型辊身：CVC轧机，UPC轧机。（2）型钢轧机轧辊：辊身上有轧槽（孔型）（3）特殊轧辊：一般用于穿孔机、车轮轧机、齿轮轧机、楔横轧机等专用或特殊轧机上，轧辊具有各种不同形状。,