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轧机轴承技术研究

第一节轧机轴承结构及其演变过程

一、KOYO公司

1.轧机用辊颈轴承

图1为市场动向与KOYO公司的开发商品。

图1市场动向与KOYO公司的开发商品

表1为近几年KOYO公司开发的轧机结构及其辊颈轴承的型式。

表1轧机结构及辊颈轴承

四辊式轧机的支承辊主要采用油膜轴承，目前已向滚动轴承转换，从而有利于轧制品表面质量的提高（图2）。辊颈轴承一般采用结构紧凑、轴承载荷容量大的四列圆锥滚子轴承。为防止因轧制水及氧化皮进入引起辊颈轴承的损伤，KOYO公司开发了密封型四列圆锥滚子轴承，并投入使用。为了提高这种密封型轴承的性能，进行了各种改进（见图3），例如，开发结构紧凑的密封装置、减小密封轴承的载荷容量降低率、开发能满足高速轧制要求的密封圈和提高密封性能的密封圈，等等。今后的趋势是要求辊颈轴承有助于提高轧制生产率，适用于更高载荷和高速轧制条件。此外，为了保持高的设备使用效率，要求辊颈轴承具有更高的可靠性。

图2轧机支承辊用油膜轴承向滚动轴承的转换

图3辊颈用密封型四列圆锥滚子轴承的演变过程

2.多辊式轧机用支承辊轴承

图4为典型的多辊式轧机的结构及采用的支承辊轴承的演变过程。

图4多辊式轧机的结构及支承辊轴承的演变过程

这种轴承的特点是：轴承的外圈旋转，外圈外表承受载荷，使用低粘度润滑油。要求外圈具有耐冲击载荷的高韧性和耐往复拉压载荷的高刚性（图5）。因此，KOYO公司采用特殊的材料和热处理技术，开发了一种既有足够深度硬化层，又有内部软化层的轴承（见图6）。

图5多辊式轧机用支承辊轴承的要求特性

图6外圈硬度分布

由于轴承外圈外表面直接与工作辊或中间辊接触并支承，因此外圈外表面的精度和粗糙度对轧制品的表面精度影响很大。为了获得光洁的表面，要定期对外圈外表面进行研磨加工。KOYO公司开打的各种研磨卡具见表2。

表2多辊式轧机用支承辊轴承的研磨卡具

3.连续铸造设备用轴承

图7为连铸机的结构及托辊结构的演变过程。旧式托辊的辊径较大，改进后的托辊直径较小，其排列间距也小。连铸机用轴承的特点是在高温条件下，承受高载荷，内圈低速旋转。因此，轴承的损坏形式不是一般滚动轴承常见的滚动疲劳，大多是由磨损及变形引起的损坏。为此采取以下措施，开发适用于连铸机特殊性能要求的轴承（图8）：一是采用最佳的轴承形式；二是增大轴承载荷容量；三是改变轴承周围的密封结构。

图7连铸机的结构及托辊结构的演变过程

图8连铸机用轴承的演变

二.SKF公司

1.冷轧机轧辊轴承

SKF公司的面对面排列的四列圆锥滚子轴承，能同时承受径向和轴向载荷。该轴承的优点是便于更换，因为轴承内径是松配合在辊颈上。轧辊轴承座和轴承可作为一个部件装卸，但滚轧速度也限制在500m/min之内。由于辊颈上的内圈和相关件有相对运动，辊颈上的轴承座垫和内圈邻接件端面都是经过表面淬火的。该轴承的运转精度为P5级，尺寸为863.6×1130.3×669.92mm，内圈径摆小于23μm。

对于滚轧速度大于500m/min的，采用面对面或背靠背的四列圆锥滚子轴承。轴承内圈紧配在辊颈上，锥孔1：12。使用液压器具安装轴承，拆卸时，要先将高压油喷射到辊颈环形油沟内。背靠背轴承结构的优点是能产生瞬时支承力矩。例如，在轧辊挠曲时，轴承座必须与轴承一起自行调整。由于外侧两列滚子压力中心加大距离，轴承将产生很小的支承力。该轴承精度为P5，轧辊旋转精度不大于5μm。

中等尺寸四列圆锥滚子轴承采用实体滚子和钢板冲压保持架。大型轴承使用穿孔滚子和支销保持架。

与四列圆锥滚子轴承相比，四列圆柱滚子轴承有以下优点：由于在该轴承座上外加一套轴承单独承受轴向负荷，因此能充分利用径向载荷承载能力；其轴承内圈副可互换，因为它们连续通过载荷区，内圈承受最大载荷。外圈载荷区通常约延长滚道周长的四分之一，且在检测后，重装轴承时，将外圈转动90°，由另一部分承受载荷。因而显著延长了外圈的工作寿命。另外，便于检测滚道和装卸。

当冷轧机最大滚轧速度达1520m/min时，使用锥孔四列圆柱滚子轴承，尺寸为1000×1310×880mm。带有推力轴承和轧辊端面密封。使用液压装置和SKF油喷射法安装和拆卸轴承。该轴承结构装备油气润滑，轴承座孔对外圈实现更好的支承，增加了轴承的负荷区，减少了滚动件最大载荷，改善了外圈扩散给轴承座的热量。

滚轧薄板时，滚轧速度高达1600m/min，轧辊采用圆柱孔四列圆柱滚子轴承，内圈采用过盈配合，配备一个深沟球轴承作为推力轴承。轧辊轴承座孔与深沟球轴承的外圈有径向游隙，轴向不夹紧。为了避免外圈蠕动和摩擦，外圈用销固定。装备这种轴承结构的轧辊旋转精度小于5μm。

滚轧速度大于1600m/min时，一般安装小规格双列圆锥滚子轴承作为推力轴承，代替深沟球轴承。该轴承限定速度高，两列滚子是大接触角、面