第四节 轧辊的变形计算
轧辊在轧制力和轧制扭矩作用下，将发生弯曲、扭转、剪切、辊间弹性压扁等变形，这些变形均不得超过允许值。 一、轧辊的挠度计算
轧机的刚度很大程度上取决于轧辊的刚度，在评定轧机刚度和设计轧辊时，须知在轧制力作用下轧辊的变形挠度值。工程计算并不要求轧辊轴线上每一点的挠度值，而是关心某些断面之间的挠度差值，即：1)轧辊中心与辊身边缘两处轴线的挠度差值(制造轧辊原始凸度与此有关)；2)轧辊在钢板中部与钢板边缘两处轴线的挠度差值(形成钢板横向厚度差)。下面以二辊板带轧机为例，将轧辊看成简支粱，用捌。料力学中汁算短直梁的方法计算挠度。因轧辊的受力图相对于轧辊中部具有对称性，即轧辊中部截面的挠角始终为零，故受力图可简化为图3—9。
设轧件与轧辊间作用着均布载荷q,q=P/b为轧制力，b为轧件宽度，L为辊身长度，c为支反力作用点到辊身边缘的距离，a为两支点反力间的距离。
轧辊轴线上任一点的总挠度为由弯矩和切力所引起的挠度值f1与f2之和
MX2dx式中 U1——系统中仅由弯曲力矩作用的变形能， U1??
2EIQX2dx U2——系统仅由切力作用的变形能， U2??
2GF R——在计算轧辊挠度处所作用的外力，当无外力时，需加一虚力R； Mx和QX——在计算截面上的弯矩和切力；
E和G——轧辊材料的弹性模数和剪切模数。
计算轧辊轴线上在钢板中部与钢板边缘两处挠度差值，即求图3—9中Ⅱ一Ⅱ截面的 挠度值y2。
取P／2力作用点为坐标原点x=0，分三段积分，三段中的计算参数见下表：
前两段中偏导数0，故只积分第三段。将坐标原点移至Ⅱ一Ⅱ截面的轴线上。 将上述各值代人式(3一14)、(3一15)中积分，并加整理，得到： 弯矩引起的挠度
1Pa?bq2P[(x?)?x]xdx?(12ab2?7b3) EI1222384EI1P(12ab2?7b3) (3—16) 或f1?418.8EDf1??切力引起的挠度
b201bPPbPb2 f2? (3-17) (?qx)dx??2?0GF128GF12?GD所求之y2 y2?f1?f2
同理可求出轧辊辊身中点与辊身边缘两处挠度差值，即图3—9中Ⅲ一Ⅲ截面处轧辊轴
以上二辊轧机轧辊挠度变形的计算方法，同样可应用于四辊轧机支承辊变形的计算，只要用辊身长度L代替公式中板宽6，并改变相应尺寸符号的含义即可。 二、轧辊的弹性压扁变形
假定工作辊和支承辊之间的压力分 布是均匀的，这时工作辊与支承辊间的 弹性压扁变形使两辊的中心线相对靠近 (图3—10)。根据赫兹定理，工作辊与支 承辊间的压扁公式为
??(K1?K2)qln0.972D1?D2 (3—21)
(K1?K2)q式中各符号意义与式(3—9)的相同。
同理，工作辊和工作辊之间的弹性压扁(也将使轧件厚度增大)，可用下式计算
?1?(K1?K)2qln0.972D1 (3-22)
(K1?K2)q第五节 轧辊轴承的工作特点和主要类型
一、轧辊轴承的工作特点
轧辊轴承是用来支承轧辊的，和一般用途的轴承相比，轧辊轴承有以下特点：
1)承受很高的单位压力。由于轴承座外形尺寸受到限制，不能大于辊身最小直径，且辊颈长度又较短，所以轴承上单位载荷大。通常轧辊轴承的单位压力P高达2000～4800N／cm，为普通轴承的2～5倍，而pv值(单位压力和线速度的乘积)是普通轴承的3～20倍。
2)运转速度差别大。不同轧机的运转速度差别很大，例如，现代化的六机架冷连轧机出口速度已达42m／s，45?线材轧机出口速度达到100m／s，而有的低速轧机速度只有0．2m/s。显然，不同速度的轧机应使用不同类型的轴承。
3)工作环境恶劣。热轧时轧辊都要用水冷却，且污水、氧化铁皮等容易落人。冷轧机采用工艺润滑剂(乳化液等)来润滑、冷却轧辊与轧件，它们是不能与轴承润滑剂相混的。因此，对轴承的密封提出了较高的要求。 因此，对轧辊轴承的要求是，承载能力大、摩擦系数小、耐冲击，可在不同速度下工作，在结构上，径向尺寸应尽可能小(以便采用较大的辊颈直径)，有良好的润滑和冷却条件。 二、轧辊轴承的类型
轧辊轴承的类型有滚动轴承和滑动轴承两大类。 滚动轴承主要是双列球面滚子轴承、四列圆锥滚子轴承及四列圆柱滚子轴承。滚针轴承仅在个别情况下用于工作辊。滚动轴承的刚性大，摩擦系数较小，但抗冲击性能差，外形尺寸较大。多用于板带轧机、线材和钢管轧机上。
2 滑动轴承有半干摩擦和液体摩擦两种。 半干摩擦的滑动轴承主要是夹布胶木轴承，它广泛用于各种开坯轧机、中厚板轧机和型钢轧机。在有的小型轧机上还使用铜瓦或尼龙轴承。金属的滑动轴承，主要材料是青铜，因其摩擦系数较高、不耐用，又要消耗有色金属，目前仅用于叠轧薄板轧机上，由于轧辊工作温度高(约300℃)，故采用沥青做润滑剂。
液体摩擦轴承(油膜轴承)的特点是摩擦系数小、工作速度高、刚性较好，广泛用在现代化的冷、热带钢连轧机的支承辊和其他高速轧机上。液体摩擦轴承的制造精度要求高、成本贵，安装维护要求严格。
第六节 带夹布胶木轴瓦的开式滑动轴承
一、布胶轴瓦（简称胶木瓦) 1．材料与特点
布胶轴瓦是一种用棉织品(棉布或帆布)先在酚醛树脂中浸透，然后一层层迭好，在150～155℃下加高压(1000～3000N／cm)压制而成，是非金属轴承衬的理想材料。它的特点是： 1)抗压强度较大(顺纤维方向为100～150MPa，垂直纤维方向为230～245MPa)； 2)摩擦系数?=0．03～0．06，比金属瓦低得多；
3)能承受冲击载荷，有良好的耐磨性，使用寿命较长；
4)胶木衬瓦较薄(30～40mm)，故可采用较大的辊颈尺寸，有利于提高轧辊强度； 5)可用水作润滑剂，轴承不需密封。
胶木轴瓦的缺点是它的导热能力和耐热性差，工作时需要大量的冷却水进行强制冷却。另外，它的刚性差，弹性模数只有(5～11)×10MPa，受力后弹性变形较大。因此，在轧件尺寸要求严格的轧机(精轧机座)上不宜采用。
胶木轴瓦冷却与润滑用水的水量，可按下面经验公式大致确定 Q?32Pd?n (3-23) 40.5式中 Q—个轴瓦的耗水量，M3／11； P—作用在轴承上的力，N； d——轧辊辊颈直径，CIII； ?—摩擦系数；
n——轧辊转速，r／min。
对于可逆式轧机，为了减少其起动力矩，最好周期性地往轴承里注入少量于油，这样可改善轴承工作状况。轧辊辊颈如果表面淬火，可显著延长轴瓦寿命。 2．轴瓦的结构形状
轴瓦的形状有三种，如图3—11所示。其中半圆柱形的用料最省，但在轴承盒中需要有切向固定。长方形的切向固定性较好，但用料较多。由三块组成的组合式轴瓦比较省料。目前应用最多的是整体压制的半圆柱形轴瓦。其优点是省料、制造方便，安装后不需要另行镗孔。采用拼合轴瓦时，应使层纹方向与辊颈表面垂直，否则磨损较快。
整体压制轴瓦的主要尺寸是它的长度l、包角?和厚度h (图3—12)。Z决定于辊颈长度。包角?一般在100°～140°范围内，当l确定后，增大?可减小轴瓦的单位压力。但当?增大到120°以上时，对减小单位压力的作用很小，而且在大载荷下过分增大包角，会产生抱轴现象。轴瓦厚度决定了轴承的刚度、导热性和寿命，h越大则刚度越小，导热性也越差，而且还会增加轴承径向尺寸；但厚度过小，会降低使用寿命。 一般轴瓦厚度可根据辊颈直径选取：
轧辊的轴向力是由支靠在辊身端面上的端瓦(止 推轴承)来承担的。二般在辊颈_直径小于600mm时用整块的，大于600mm时，常用三块拼合的(图3—13)。根据轧辊尺寸的不同，端瓦厚度可在20～60mm内选取。 径向衬瓦的最小允许厚度为5～7mm，轴向端瓦的最小允许厚度为10～15mm(两者都不包括嵌入轴承座凹槽中的部分)。径向和轴向衬瓦在辊颈上的配置，应力求充分利用其有效厚度。在某些中小型轧机上，径向衬瓦和轴向端瓦有作成整体的。 3．轴瓦在轴承中的配置 如图3一14所示，主轴瓦装在承受轧制力的方向，三辊型钢轧机的中辊，主轴瓦装在辊颈上、下两面。上辊轴承座应在辊颈下装有辅助轴瓦，以便在轧辊空载时承受轧辊重量。
二、带胶木轴瓦的开式轴承座结构 1．三辊型钢轧机轴承座
如图3—15所示，五块整体压制的径向和轴向胶木瓦分别装在相应的五块瓦座(轴承座)中。上辊上瓦座4通过垫块(或安全臼)与压下螺丝端部接触，上辊下瓦座7通过拉杆6穿过机架盖2挂在平衡弹簧1上。中辊的上瓦座作成特殊形式，称为H形瓦座，它向下伸
出两条腿的内侧，有垂直方向的凹槽，用于容纳并轴向固定中辊下瓦座8，它向上伸出的两条腿通过嵌入于机架盖燕尾槽中的斜楔3支撑在机架盖上。当中辊轴瓦磨损间隙增大时，可通过斜楔3进行调整。下轧辊只有下瓦座9，它通过垫块11直接支承在压上螺丝上。