軋鋼機(jī)械裝備及其智能化技術(shù) 課件 第2章 軋輥與軋輥軸承

第2章

軋輥與軋輥軸承

2.1軋輥

2.2軋輥軸承2.1軋輥軋機(jī)軋制時(shí)載荷大，并且交變頻繁，關(guān)鍵承載部件易損壞工作輥系斷輥軋機(jī)必須具備高剛度、長壽命、高可靠性一、軋鋼機(jī)及軋輥介紹軋輥按軋機(jī)類型分：板軋機(jī)軋輥和型鋼軋機(jī)軋輥；板帶軋機(jī)軋輥：軸向呈圓柱形；熱軋輥：呈微凹狀；冷軋輥：呈微凸?fàn)?。軋輥的結(jié)構(gòu)：由輥身、輥頸和軸頭三部分組成。二、軋輥的類型與結(jié)構(gòu)輥身輥頸軸頭軸頭輥頸梅花軸頭萬向軸頭雙鍵槽軸頭圓柱形軸頭帶平臺(tái)軸頭型鋼軋輥輥身刻有軋槽；軋輥的結(jié)構(gòu)：由輥身、輥頸和軸頭三部分組成。梅花軸頭萬向軸頭雙鍵槽軸頭圓柱形軸頭帶平臺(tái)軸頭二、軋輥的類型與結(jié)構(gòu)輥頸軸頭軋鋼機(jī)軋輥按軋機(jī)類型可分為哪幾種？為什么熱軋輥一般微凹狀，冷軋輥則呈微凸?fàn)?？答：按軋機(jī)類型分為板帶軋機(jī)軋輥和型鋼軋機(jī)軋輥。熱軋輥一般呈微凹狀，當(dāng)受熱膨脹時(shí)，可保持較好的板型；冷軋輥則呈微凸?fàn)?，?dāng)受力彎曲時(shí)，可保持較好的板型。輥身：直接與軋件接觸，使軋件發(fā)生塑性變形；輥頸：安裝在軸承中，通過軸承座和壓下裝置把軋制力傳給機(jī)架；軸頭：與連接軸相連，傳送軋制扭矩。四輥軋機(jī)：工作輥：平衡力、彎輥力

支承輥：軋制力二、軋輥的類型與結(jié)構(gòu)三、軋輥的尺寸參數(shù)軋輥名義直徑D、輥身長度L、輥頸直徑d和輥頸長度l1.軋輥名義直徑和輥身長度（1）板帶軋機(jī)軋輥bmaxa/2a/2LD輥身長度：L=bmax+a

式中：a=100～400mm。輥徑：二輥軋機(jī)：輥徑根據(jù)咬入條件及軋輥強(qiáng)度確定；四輥軋機(jī)：工作輥直徑：盡量小，受輥頸和軸頭的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和咬入條件限制；支承輥直徑：決定于剛度和強(qiáng)度要求。

15-22°三、軋輥的尺寸參數(shù)（1）板帶軋機(jī)軋輥bmaxa/2a/2LD四輥軋機(jī)：工作輥直徑：盡量小，受輥頸和軸頭的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和咬入條件限制；支承輥直徑：決定于剛度和強(qiáng)度要求。（2）型鋼軋機(jī)軋輥特點(diǎn)：有孔型；名義直徑(公稱直徑)是軋機(jī)的標(biāo)稱參數(shù)。軋輥直徑：公稱直徑、工作直徑：

DLDg

輥身長度：孔型的配置、軋輥的抗彎強(qiáng)度和剛度。Dg

－軋輥的工作直徑；

?h

－壓下量；α

－

咬入角。

三、軋輥的尺寸參數(shù)輥頸軸頭（2）型鋼軋機(jī)軋輥

DLD1

輥身長度：孔型的配置、軋輥的抗彎強(qiáng)度和剛度。

初軋機(jī)L=(2.2~2.7)D型鋼粗軋機(jī)L=(2.2~3.0)D型鋼精軋機(jī)L=(1.5~2.0)D三、軋輥的尺寸參數(shù)輥頸軸頭2.輥頸直徑d和輥頸長度l輥頸尺寸與所用的軸承形式有關(guān)。滾動(dòng)軸承，按下式選?。篸=（0.5～0.55）D式中：d－輥頸直徑；D－輥身直徑；

l/d=0.8～1。DddlLl三、軋輥的尺寸參數(shù)3.軸頭尺寸：輥頭尺寸指的是軋輥傳動(dòng)端的尺寸。梅花軸頭：d1=d

-（10～15）mmDddlLld1d1三、軋輥的尺寸參數(shù)型鋼軋機(jī)軋輥與板帶軋機(jī)軋輥的尺寸參數(shù)確定過程有何不同？答：型鋼軋機(jī)軋輥：先確定輥身直徑，再確定輥身長度；

板帶軋機(jī)軋輥：先確定輥身長度，再確定輥身直徑。板帶軋輥型鋼軋輥4.各種軋輥的重車率每次重車量：0.5～5mm；重磨量：0.01～0.5mm軋輥從開始使用直到報(bào)廢，其全部重車量與軋輥名義直徑的百分比稱為重車率。三、軋輥的尺寸參數(shù)5.軋輥材質(zhì)的選擇綜合考慮軋機(jī)特點(diǎn)、軋輥工作條件、各類軋輥材質(zhì)特性、軋輥設(shè)計(jì)、原用軋輥的主要失效形式等諸多因素。常用軋輥材：●合金鍛鋼熱軋軋輥：55Mn2，55Cr，60CrMnMo，60SiMnMo冷軋軋輥：9Cr，9Cr2，9CrV，9Cr2W，9Cr2Mo，60CrMnV，80CrNi3W●合金鑄鋼●鑄鐵：普通鑄鐵、合金鑄鐵和球墨鑄鐵。

采用不同鑄型又分：半冷硬、冷硬、無限冷硬三、軋輥的尺寸參數(shù)型鋼軋機(jī)軋輥與板帶軋機(jī)軋輥的受力特點(diǎn)有何不同？答：型鋼軋機(jī)軋輥輥身長度上都布置有許多軋槽，軋輥的外力（軋制壓力）可看成集中力；板帶軋機(jī)軋輥所受軋制力不能看成集中力，可看成是沿軋件寬度均布載荷，并且左右對(duì)稱。板帶軋輥型鋼軋輥1、有槽軋輥的強(qiáng)度校核軋輥的外力近似地看成集中力。輥身計(jì)算彎曲，輥頸計(jì)算彎曲和扭轉(zhuǎn)，軸頭計(jì)算扭轉(zhuǎn)。

四、軋輥的強(qiáng)度計(jì)算

四、軋輥的強(qiáng)度計(jì)算

軋輥受力分析：軋制力不能看成集中力，可看成是沿軋件寬度的均布載荷，左右對(duì)稱。四輥軋機(jī)中較多的傳動(dòng)是工作輥，支承輥計(jì)算輥身中部和輥頸斷面的彎曲應(yīng)力，工作輥計(jì)算傳動(dòng)端的扭轉(zhuǎn)，有彎輥時(shí)要考慮彎曲應(yīng)力。板帶軋機(jī)軋輥四、軋輥的強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù)一般取5彎曲彎曲彎曲和扭轉(zhuǎn)彎曲和扭轉(zhuǎn)彎曲和扭轉(zhuǎn)彎曲和扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)四、軋輥的強(qiáng)度計(jì)算輥身中央斷面的彎曲力矩為：

彎曲應(yīng)力為：

式中：b－軋件寬度；

輥頸危險(xiǎn)斷面上的彎矩為：輥頸上的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分別為:式中：Mw－抗彎力矩；Mn－扭轉(zhuǎn)力矩；

Ww－抗彎截面系數(shù)；Wn－抗扭截面系數(shù)；

d－輥頸直徑。四、軋輥的強(qiáng)度計(jì)算二輥軋機(jī)對(duì)于鋼軋輥，按第三或第四強(qiáng)度理論來計(jì)算輥頸處合成應(yīng)力。根據(jù)第四強(qiáng)度理論有：

對(duì)于鑄鐵軋輥，用第一或第二強(qiáng)度理論來計(jì)算輥頸處合成應(yīng)力。

根據(jù)第二強(qiáng)度理論有：軸頭：矩形截面扭轉(zhuǎn)時(shí)的最大剪應(yīng)力發(fā)生于矩形的長邊中點(diǎn)處。其計(jì)算公式為：

式中：Wn-橫截面的抗扭截面系數(shù)。

矩形截面的長邊長度為a，短邊長度為b，式中系數(shù)η

隨長邊與短邊長度之比（a/b）的大小而變。

四、軋輥的強(qiáng)度計(jì)算二輥軋機(jī)工作輥與支承輥間的接觸應(yīng)力

平面應(yīng)變問題

赫茲接觸理論

：壓應(yīng)力半橢圓分布

最大壓應(yīng)力和接觸區(qū)寬度

q—接觸表面單位長度上的負(fù)荷

D1\D2\r1\r2—軋輥直徑和半徑K1、K2—與軋輥材料有關(guān)的系數(shù)

四、軋輥的強(qiáng)度計(jì)算四輥軋機(jī)工作輥與支承輥間的接觸應(yīng)力

接觸區(qū)最大切應(yīng)力計(jì)算

主切應(yīng)力、反復(fù)切應(yīng)力

A:深度主切應(yīng)力軋輥不產(chǎn)生疲勞破壞的條件

反復(fù)切應(yīng)力深度四、軋輥的強(qiáng)度計(jì)算四輥軋機(jī)四、軋輥的強(qiáng)度計(jì)算型鋼軋機(jī)軋輥

輥身計(jì)算彎曲，輥頸計(jì)算彎曲和扭轉(zhuǎn)，軸頭計(jì)算扭轉(zhuǎn)板帶軋機(jī)軋輥二輥軋機(jī)

輥身計(jì)算彎曲，輥頸計(jì)算彎曲和扭轉(zhuǎn)，軸頭計(jì)算扭轉(zhuǎn)四輥軋機(jī)（傳動(dòng)工作輥）支承輥：計(jì)算輥身中部和輥頸的彎曲應(yīng)力工作輥只計(jì)算傳動(dòng)端的扭轉(zhuǎn)，有彎輥時(shí)要考慮彎曲應(yīng)力）六、軋輥的變形計(jì)算L/2卡氏定理：六、軋輥的變形計(jì)算L/2卡氏定理：六、軋輥的變形計(jì)算M\Q—任意斷面的彎矩和切力；E\G—彈性模量和剪切模量；I\F—慣性矩和斷面面積；R—計(jì)算軋輥撓度處的外力。將M和Q值代入上式，選取不同的積分上下限，可以得到輥身不同位置的撓度值。輥身中點(diǎn)L/2卡氏定理：六、軋輥的變形計(jì)算輥身中點(diǎn)與軋件邊緣處撓度差值輥身中點(diǎn)與軋輥邊緣處撓度差值式中：K—截面系數(shù)K=10/9L/2卡氏定理：2.2軋輥軸承一、軋輥軸承的工作特點(diǎn)軋輥軸承是軋機(jī)的主要部件之一，軋輥軸承的工作特點(diǎn)：（1）工作負(fù)荷大。通常軋輥軸承的單位壓力比一般用途的軸承高2～5倍，甚至更高。而PV(單位壓力和線速度的乘積)值是普通軸承的3～20倍。（2）運(yùn)轉(zhuǎn)速度差別大。線材軋機(jī)的速度可達(dá)140m/s以上，而有的軋機(jī)軋制速度僅有0.2m/s。（3）工作環(huán)境惡劣。熱軋時(shí)有冷卻水和氧化鐵皮飛濺，而且溫度高；冷軋時(shí)的工藝潤滑劑與軸承潤滑劑容易相混。因此，對(duì)軸承的密封損失有較高的要求。2.2軋輥軸承二、軋輥軸承的類型軋輥軸承分滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩大類。軋輥軸承在徑向尺寸受限制，承受很大的軋制力，所以在軋機(jī)上使用的滾動(dòng)軸承多采用多列滾子軸承。滾動(dòng)軸承類型：雙列球面滾子軸承、四列圓錐滾子軸承和多列圓柱滾子軸承。滾動(dòng)軸承的特點(diǎn)：剛性大、摩擦系數(shù)較小、但抗沖擊性能差、外形尺寸大。2.2軋輥軸承2.2軋輥軸承1、四列圓柱滾子軸承特點(diǎn)：徑向承載能力高，剛性好，制造精度高，旋轉(zhuǎn)精度高，極限轉(zhuǎn)速較高，相同承載能力下該類型軸承剖面尺寸較??；其內(nèi)圈無擋邊、可分離，并能與軸承外組件互換裝配；該類型軸承不能承受軸向負(fù)荷，須與其它軸向定位軸承配套使用。2.2軋輥軸承2、四列圓錐滾子軸承特點(diǎn)：主要用來承受以徑向負(fù)荷為主的徑向與軸向聯(lián)合負(fù)荷。軸向游隙的大小對(duì)軸承能否正常工作關(guān)系很大。四列圓錐滾子軸承可承受較大的徑向載荷，但極限轉(zhuǎn)速較低，主要用于重型機(jī)械，尤其在軋鋼機(jī)上廣泛應(yīng)用。2.2軋輥軸承3、調(diào)心滾子軸承特點(diǎn)：由雙滾道內(nèi)圈，球面滾道外圈，雙列球面滾子及保持架構(gòu)成。外滾道中心與軸承中心一致，具有自動(dòng)調(diào)心功能，可以補(bǔ)償與軸承座之間的安裝誤差或軸撓曲使內(nèi)外圈產(chǎn)生的傾斜。其能夠承受較大的徑向載荷，一定的雙向軸向載荷。對(duì)于受重載荷或振動(dòng)的場合特別適用。2.2軋輥軸承4、滾動(dòng)軸承的密封是指在線軸承的防漏、防水、防塵及防變質(zhì)。常用非接觸式迷宮密封：利用動(dòng)靜配合體產(chǎn)生曲折通道使流體產(chǎn)生渦流而難于泄漏。徑向軸承——?jiǎng)用詫m和靜迷宮；推力軸——外擋圈和鎖緊螺母。2.2軋輥軸承3、滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算根據(jù)軋輥尺寸選擇合適的軸承型號(hào)，計(jì)算軸承的使用壽命:軸承當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷徑向載荷與軸向載荷的關(guān)系●一般帶材軋機(jī)：●低精度中、小型板帶軋機(jī)：●

板帶軋機(jī)：●對(duì)稱斷面型鋼軋機(jī)：●不對(duì)稱斷面型鋼軋機(jī)：

二、軋輥軸承的類型滑動(dòng)軸承：液體摩擦軸承和開式滑動(dòng)軸承。其中液體摩擦軸承又分為動(dòng)壓軸承、靜壓軸承和動(dòng)靜壓軸承。開式滑動(dòng)軸承又分為開式金屬瓦軸承和開式非金屬瓦軸承。與普通滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承比較，動(dòng)壓軸承有以下特點(diǎn)：（1）摩擦系數(shù)小，在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)摩擦系數(shù)為0.001～0.005。（2）承載能力高，對(duì)沖擊載荷敏感性小。（3）適合在高速下工作。（4）使用壽命長，在正常使用條件下，其壽命可達(dá)10-20年。（5）體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。2.2軋輥軸承1、動(dòng)壓油膜軸承油膜形成過程：1）軸開始轉(zhuǎn)動(dòng)，軸頸與軸承直接接觸，處于干摩擦狀態(tài)，軸處于下方。圖a、b2）軸的轉(zhuǎn)速增大，吸2.2