拆装静配合轴承的最妥善办法是液压方法。图3—22表示的是往锥面辊颈上压装静配合轴承的一种液压装置。将具有锥孔内圈(或加锥套)的滚动轴承1套入锥面辊颈5后,装上一个止推环,并在半环螺丝上拧上一个专用的液压螺母2,在其靠近轴承一面的环形槽中,装上带有密封圈4的环形活塞3,用手动柱塞泵6通过油管往液压螺母的环形槽中打入50~l00MPa的高压油,当活塞向左移动3~5mm时,即将轴承压紧在锥面辊颈上二。通过移动量和压力表来确定配合的程度。轴承压装好后,把液压螺母取下,换上原来的轴向固定螺母即可。当拆卸轴承时,可将高压油直接从辊颈端面上的轴向油孔再经径向油孔,打入辊颈表面,使轴承内圈在直径方向产生弹性膨胀,利用锥面产生的轴向推力将静配合的轴承退下来。图3—22所示的装置,也是其他设备零件采用“无键联接”时常用的拆装方式。
当支承辊采用圆柱滚子轴承时,需要附加止推轴承来承受轴向力(图3—23)。这种轴承有较高的径向承载能力,其径向尺寸较小,允许采用直径较大的辊颈,而且轴承制造精度高,具有互换性,摩擦系数电较圆锥滚柱轴承和球面滚柱轴承为小,允许的转速高,适合于高速、重载的场合。通常轴承内圈与辊颈采用紧配合,轧辊换下后,轴承座、-夕}圈和滚子组成一个整体,一起拆下,可以和任何一对内圈相配合。内圈与辊颈留在一起,磨辊时内圈作为磨削基准面,这可使轴承与辊身间保持很高的同心度。
第八节液体摩擦轴承
液体摩擦轴承又称油膜轴承,它的基本特点是,在运转中轴颈和轴衬之间被一层油膜完全隔开,形成液体摩擦状态。由于精细的加工和良好的密封,能在高达25MPa的单位压力下保持液体摩擦状态。轴承中的能耗,只是用来克服油层间很小的内摩擦,摩擦系数仅为0.00l~0.008,几乎没有磨损,如果使用维护适当,寿命可达十年以上。这种轴承刚性大,而弹性变形极小,因此轧制精度较高,并且外廓尺寸比滚动轴承小。它与滚动轴承相比,随着速度的升高,其承载能力不但不减小,反而可以增加。
由于上述优点,油膜轴承广泛应用于四辊轧机的支承辊、冷轧和热轧钢板、带钢以及线材和小型轧机上。其主要缺点是精度要求高,加工制造和安装维护都比较复杂。 根据油膜形成的方法不同,液体摩擦轴承又可分为动压轴承、静压轴承和静一动压轴承三种类型。
一、动压油膜轴承 l.动压轴承工作原理
当轴开始转动时,轴颈与轴承直接接触,相应的摩擦属半干摩擦,轴在摩擦力作用下向右偏移(图3—24a、b)。当轴的转速升高,具有一定粘度的油被轴颈带入油楔的油量也增加,逐渐形成油压,转速越高油压越大,轴颈的中心向下向左偏移,并达到一个稳定的位置
(图3—24c、e),这时轴颈和轴承之间建立了一层很薄的楔形油膜。转动中,动压力与轴承径向载荷相平衡。理想状态是转速达到极高时,轴颈中心与轴承中心重合(图3—24d)。 2.动压轴承保持液体摩擦的主要条件 动压轴承保持液体摩擦的主要条件是:
1)轴颈和轴衬间具有楔形间隙,以艇使润滑油进入楔缝的狭窄部分建立油压; 2)轴颈应有足够的转速,以便在油膜中形成与外载荷平衡的压力; 3)要连续供给足够的、粘度适当的纯净润滑油;
4)轴承摩擦面(轴套夕}表面和轴承衬内表面)应有很高的加工精度,尺寸精度为1级,表面粗糙度为0.1~0.25?m,以保证表面不平度不超过油膜厚度; 5)轴承应具有良好的密封。 3.油膜轴承用润滑油
液体摩擦轴承常用两种润滑油,即低粘度的透乎油(22号~57号)和高粘度的轧钢机油 (HJ3—28)。由于液体摩擦轴承的摩擦系数为
v (3—24) ?p式中,?为油的运动粘度;v为轴颈表面滑动速度;?为名义半径间隙(?=R—r);p为平均
????单位压力。
由上式可见,摩擦系数随印和口增大而增大,随劬乘积减小而增大。为了减小?值,对于轻载、高速的轴承,宜用低粘度的润滑油,而重载、低速时宜用高粘度的润滑油。 4.动压轴承结构
动压轴承的长径比l/d有0.6、0.75和0.9三种,常用的为0.75。我国重机行业的动压轴承已形成系列化,成套生产直径180~1300mm的轴承。各国使用最广的是美国摩根
(Morgoil)动压轴承系列?6?1???~64???。 ?4? 图3—25为1700连轧机支承辊使用的摩根型轴承结构图。它是由锥套、轴承衬套、轴
承座、止推滚动轴承、密封装置及固定装置组成的。这种轴承拆装方便,易于更换。锥套和轴承衬套是液体摩擦轴承中的两个重要零件,锥套外圆和衬套内孔加工精度很高,锥套内孔
为l:5锥度,通过键套在锥面辊颈上和轧辊一起转动。锥套上没有止推凸肩(带凸肩的结陶已被淘汰),不能承受轴向力,故在轧辊的一端——传动端装设了双向止推滚动轴承以承受轴向力。锥套和止推轴承用螺母进行轴向固定,而螺母是拧在两个半环螺丝上。采用半环螺丝结构,避免了在轧辊上车削螺纹。
为了防止灰尘、水、氧化铁皮进入轴承,在轧辊辊身端部采用了迷宫式密封(图3—25中局部放大部分),它同时可以防止轴承内的润滑油流出。密封环4是铝制的,通过橡胶缓冲垫1固定在辊身上,密封圈6由塑料制成,它被密封环4、锥套5夹紧,密封圈6内部有两个紧固弹簧,可防止轧辊高速旋转时产生的离心力使密封圈松开。轴承外面的水被4和6挡住,轴承内的油由6挡住并导入油槽,经轴承回油孔回流。
衬套是由25号锻钢制成,内表面浇铸一层厚3~5n1H1的巴氏轴承合金,工作表面经精细加工。衬套的形状如图3—26所示,衬套的工作表面和其对面的非工作表面是两个中心筵出来的(偏移量△2=0.4mm),以保证负荷区油楔计算值的要求,并在对面形成较大的径向间隙,可使足够的润滑油通过,有利于轴承的散热,防止由于温度升高而使油的粘鏖降低,因而有利于保持较高的油楔承载能力。衬套内孔两侧也用两个中心(偏移量△1=33.7rnm)鹫出,形成两个对称的油腔,油腔轴向长度为0.8l (l为衬套长度),使油易于通过油腔中部的径向油孔而被吸入油楔,同时也有利于改善散热条件。 二、静压轴承
由于动压轴承的液体摩擦条件只在轧辊具有一定转速情况下才能形成,因此,当轧辊经常启动、制动和反转时,就不能保持液体摩擦状态。而且动压轴承在寤动之前不允许承受很大载荷,这就使动压轴承的使用范围受到限制。一般它只在转速变化不大的不可逆轧机上才具有良好的效果。在轧制薄带钢的轧机上,由于轧辊有很大的预压靠力,造成有载启动,辱使动压轴承寿命大为降低,甚至可能由于轴承中的巨大摩擦力矩而引起主电机跳闸,或使工作辊和支承辊之间打滑(工作辊传动时),造成轧辊破坏或其他生产事故。此外,动压轴承的油膜厚度还随轧制速度的变化而变化,而轧辊中心距的相应变化则为油膜厚度变化的两倍,因而对轧制精度有很大影响。
由于上述原因,近年来在某些轧钢机上已开始采用静压油膜轴承。 静压轴承的高压油膜是靠一个专门的液压系统供给高压油产生的,即靠油的静压力使辊颈悬浮在轴承中。因此这种高压油膜的形成与辊颈的运动状态无关,无论是启动、制动、反转,甚至静止状态,都能保持液体摩擦条件,这是它区别于一般动压轴承的主要特点。 静压轴承有较高的承载能力,寿命比动压轴承更长(主要决定于供油系统的寿命),应用范围广,可设计成直径几十至几千毫米的静压轴承,能满足任何载荷条件和速度条件的要求,而且轴承刚度高。此外轴衬材料可降低要求,只要比辊颈材料软即可。