軋機(jī)輥?zhàn)虞S向力的分析與控制

軋機(jī)輥?zhàn)虞S向力的分析與控制

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中，由于帶圈誤差的巨大，帶圈的軸向變形，導(dǎo)致帶圈的軸向變形，以及對(duì)輥的密封性能的否定，從而影響了葉片的正常生產(chǎn)。而形成軸向力的原因較多,主要有軋輥軸線的交叉、非對(duì)稱軋制、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設(shè)置雙列5-2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,在此稱之為雙側(cè)止推軸承結(jié)構(gòu)。1.1軸向壓力較大時(shí)的應(yīng)用單側(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。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?？梢钥吹?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軸抗壓五軸問(wèn)題雙側(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)與此類同。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帶止推軸承的工作輥結(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。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)類似,在此稱之為不帶止推軸承的工作輥結(jié)構(gòu)。2.1止推軸承的安裝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?？梢钥吹?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)。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