【文章內(nèi)容簡介】 可同時承受高的徑向和通過相鄰的結(jié)構(gòu)傳遞到機(jī)架上的軸向載荷。 軋機(jī)軋制的質(zhì)量，不僅取決于整個支承軸系的彎曲剛度，更取決于每個背襯軸承的截面高度公差、運(yùn)行精度和外圈外表面的表面質(zhì)量。 背襯軸承的性能要求： (1)按照嚴(yán)格的公差要求制造； (2)保持 P4 級的運(yùn)行精度； (3)分 成 3 到 7 個公差組別，每個組別公差范圍 3~5 微米； (4)可以承受高載荷； (5)可承受較高的軋制速度。 這些特殊性能有效的保證了軋制產(chǎn)品的表面質(zhì)量和平面度。最終，帶材被經(jīng)濟(jì)地加工到非常好的厚度公差，并得到最優(yōu)的表面質(zhì)量。 常見支承輥軸承的類型： 類型 1 的特點(diǎn)（見圖 33）：外圈不帶擋邊，第一和第二列滾動體由雙列梳狀保持架引導(dǎo)，第三列滾動體由單列的梳狀保持架引導(dǎo)。滾動體由位于內(nèi)圈上的活動擋邊進(jìn)行軸向引導(dǎo)。此種背襯軸承不帶密封。非密封軸承可適用軋制乳化液潤滑，乳化液可以從軸承中均勻的無障礙流進(jìn)和流出。 圖 33 三列圓柱滾子軸承 類型 2 的特點(diǎn)（見圖 34）：這些雙列背襯軸承外圈有三個擋邊。滾動體由雙列梳妝黃銅保持架引導(dǎo)。此類型軸承可適用于各種潤滑方式，根據(jù)潤滑方式不同，可提供不帶密封或密封軸承。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 圖 34 雙列圓柱滾子軸承 類型 3 的特點(diǎn)（見圖 35）：雙列滿裝背襯軸承內(nèi)圈和外圈都有中擋邊。此種背襯軸承不帶密封，可適用軋制乳化液潤滑。 圖 35 滿裝雙列圓柱滾子軸承 167。 軸承結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 與一般的滾動軸承相比，森吉米爾軋機(jī)軸承有以下特點(diǎn)： (1)工作負(fù)荷大。通常軋輥軸承所承受的單 位壓力，比一般用途的軸承高2 到 4 倍，甚至更高，而 pv 值 (軸承單位壓力與線速度的乘積 )是普通軸承的3 到 20 倍。 (2)工作環(huán)境惡劣。軋輥冷卻時有氧化皮飛濺，軋制的時候需要用工藝潤滑劑來潤滑，多數(shù)情況下他們是不能與軸承潤滑劑相混合，這對軸承的密封提出了更高的要求。 (3)要求軸承有很高的制造精度，軸承的制造精度要求為 P4 級以上。還有一個特殊要求是，安裝在同一根心軸上的軸承“有效截面”全部相同，使 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 負(fù)荷能均勻地分布于與之接觸的中間輥和工作輥的整個長度上，這是保證薄鋼帶軋制精度的重要因素。軸承“有效截面”是指內(nèi)外圈的 厚度加上滾子的直徑的總和。 (4)根據(jù) 20 輥森吉米爾軋機(jī)的軋制精度和軸承的尺寸，一組軸承的截面高度必須控制在 ～ 的范圍內(nèi)，按照高度差異為 5 ? m 進(jìn)行分組，同時外徑的相互差也應(yīng)控制在同樣的范圍內(nèi)。支承輥軸承按截面高度分組后，在軸承內(nèi)外圈端面上標(biāo)出厚度最大的點(diǎn)、軸承組號和分組公差。注意對應(yīng)的一組滾動體不能相互混雜。 支承輥軸承外圈為旋轉(zhuǎn)圈，根據(jù)軋機(jī)工況與軸承類型，最大轉(zhuǎn)速可由150rpm 至 850rpm，甚至更高。 內(nèi)圈為非旋轉(zhuǎn)圈，內(nèi)圈滾道受載位置的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外圈滾道。因此軸承的內(nèi)圈應(yīng)定期調(diào)整位置，使內(nèi)圈滾道負(fù)荷區(qū)的部位不斷變化，延長軸承壽命。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 第 四 章 20 輥森吉米爾軋機(jī)支 承 輥軸承 設(shè)計 20 輥森吉米爾軋機(jī)支承輥軸承要滿足高速、重載、沖擊負(fù)荷大等多項軋制要求，可以根據(jù)軋機(jī)支承輥軸承異常失效的形式分析原因，不僅要從設(shè)計制造上改進(jìn)，提高軸承各元件需要有足夠高的強(qiáng)度；提高設(shè)計壽命，選用優(yōu)良材料，各元件間的工作間隙必須合理，正確安裝使用，提高軸承精度及其公差要求。 167。 軸承材料選取 滾動軸承對材料的基本性能要 求取決于軸承的工作特性，一般而言，軸承用鋼應(yīng)具備以下特性： (1)高的接觸疲勞強(qiáng)度； (2)高的耐磨性； (3)高的彈性極限和屈服強(qiáng)度； (4)高而均勻的硬度； (5)一定的沖擊韌性； (6)好的尺寸穩(wěn)定性； (7)良好的緩蝕性能： (8)良好的工藝性能。 軸承鋼的主要類型包括：高碳鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、不銹鋼軸承鋼、碳素軸承鋼以及陶瓷材料等。根據(jù)森吉米爾背襯軸承高載荷、工作環(huán)境惡劣的特點(diǎn)，選用優(yōu)質(zhì)滲碳軸承鋼 G20Cr2Ni4A，其主要特點(diǎn)是能夠承受較大的沖擊載荷，與高碳鉻軸承鋼相比它有較高的心部沖擊韌度，較好的尺寸穩(wěn)定性 和抗缺口敏感性。 這種軸承用鋼采用電渣重熔精煉，鋼材的化學(xué)成分見表 41。 表 41 G20Cr2Ni4A 化學(xué)成分表 化學(xué)成分 C Si Mn Cr Ni Mo Cu P S ? 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 167。 軸承的熱處理工藝 鋼的熱處理工藝在決定軸承的使用壽命中占據(jù) 越來越重要的地位。因為軸承鋼的最佳性能取決于組織形態(tài)和亞結(jié)構(gòu)，而組織形態(tài)和亞結(jié)構(gòu)則取決于加熱溫度、保溫時間及冷卻方式。 軸承鋼的通常淬火法采用的是常規(guī)馬氏體淬火，而從上世紀(jì) 80 年代開始以來，軸承鋼的貝氏體等溫淬火應(yīng)用越來越廣泛， SKF 公司把高碳鉻軸承鋼貝氏體等溫淬火工藝主要應(yīng)用于鐵路軸承、軋機(jī)軸承以及在特殊工況下使用的軸承，同時開發(fā)了適合于貝氏體淬火的鋼種 (SKF2 SKF2 l00M07)。其淬火時采用較長的等溫時間，淬火后得到全下貝氏體組織。近來 SKF 又研制出一種新鋼種 775V，并通過特殊的等溫淬火 得到更均勻的下貝氏體，淬火后硬度增加的同時其韌性比常規(guī)等溫淬火提高 60％，耐磨性提高了 3 倍，處理的套圈壁厚超過 l00mm。 貝氏體等溫淬火后的組織為下貝氏體 +未溶碳化物、下貝氏體 +馬氏體 +未溶碳化物或者下貝氏體 +少量的屈氏體 +未溶碳化物。其中貝氏體為不規(guī)則相交的條片，條片為碳過飽和的 ? 結(jié)構(gòu)，其上分布著與片的長軸成 55～ 600的粒狀或短桿狀的碳化物，空間形態(tài)為凸透鏡狀，亞結(jié)構(gòu)為位錯纏結(jié)，未發(fā)現(xiàn)有孿晶亞結(jié)構(gòu)。貝氏體的數(shù)量及形態(tài)因工 藝條件不同而各異。隨淬火溫度的升高，貝氏體條變長；等溫溫度升高，貝氏體條變寬，碳化物顆粒變大，且貝氏體條之間的相交的角度變小，逐趨向于平行排列，形成類似予上貝氏體的結(jié)構(gòu)；貝氏體轉(zhuǎn)變是一個與等溫轉(zhuǎn)變時間有關(guān)的過程，等溫淬火后的貝氏體量隨等溫時間的延長而增加。 貝氏體的淬火工藝圖如圖 41 所示，其工藝特點(diǎn)為： (1)毛胚需經(jīng)碳化物細(xì)化處理，通常選用正火和快速退火； (2)淬火加熱溫度比常規(guī)馬氏體淬火溫度要高 20 o30 C，淬火 加熱應(yīng)在可控氣氛爐或鹽浴爐中加熱； (3)冷卻在 220— 240oC 硝鹽中進(jìn)行，按冷卻介質(zhì)的 ％一 1％ (質(zhì)量分?jǐn)?shù) )加水，以調(diào)節(jié)冷卻速度。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 圖 41 貝氏體的淬火工藝 下貝氏體組織的突出特點(diǎn)是沖擊韌性、斷裂韌性、耐磨性、尺寸穩(wěn)定性好，表面殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力。因此適用于裝配過盈量大、服役條件差的軸承，如承受大沖擊負(fù)荷的鐵路、軋機(jī)、起重機(jī)等軸承、潤滑條件不良的礦山運(yùn)輸機(jī)械或礦山裝卸系統(tǒng)、煤礦用軸承等。一般認(rèn)為，全貝氏體或馬／貝復(fù)合組織的耐磨性和接觸疲勞性能低于淬火低溫回火馬氏體，與相近溫度回火的馬氏體 組織的耐磨性和接觸疲勞性能相近或略高。 這種淬火工藝的主要優(yōu)點(diǎn)在于： (1)擴(kuò)大了軸承鋼應(yīng)用范圍。一般地軸承鋼馬氏體淬火時套圈有效壁厚在12mm 以下，但貝氏體等溫淬火時由于硝鹽冷卻能力強(qiáng)，若采用攪拌、串動、加水等措施，套圈有效壁厚可擴(kuò)大至 28mm 左右。 (2)硬度穩(wěn)定、均勻性好。由于下貝氏體轉(zhuǎn)變是一個緩慢過程，套圈在硝鹽中長時間等溫，表面心部組織轉(zhuǎn)變幾乎同時進(jìn)行，因此硬度穩(wěn)定、均勻性好，不象馬氏體淬火時套圈壁厚稍大一些就出現(xiàn)硬度低、軟點(diǎn)、均勻性差等問題。 (3)減少淬火、磨削裂紋。在 鐵路、軋機(jī)軸承生產(chǎn)中，由于套圈尺寸大、重量重，油淬火時馬氏體組織脆性大，為使淬火后獲得高硬度常采取強(qiáng)冷卻措施，結(jié)果導(dǎo)致淬火微裂紋；由于馬氏體淬火后表面為拉應(yīng)力，在磨加工時磨削應(yīng)力的疊加使整體應(yīng)力水平提高，易形成磨削裂紋，造成批量廢品。而貝氏體淬火時，由于貝氏體組織比馬氏體組織韌性好得多，同時表面形成高達(dá) 400~500MPa 的壓應(yīng)力，極人地減小了淬火裂紋傾向；在磨加工時表血壓應(yīng)力抵消了部分磨削應(yīng)力，使整體應(yīng)力水平下降，大大減少了磨削裂紋。 (4)大大提高了軸承的使用壽命。對于承受太沖擊載荷的鐵路、 軋機(jī)軸承等，經(jīng)馬氏體淬火后使用時主要失效形式為：裝配時內(nèi)套開裂．使用過程中 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 受沖擊外圈擋邊掉塊、內(nèi)圈碎裂，而等溫淬火軸承由于沖擊韌性好、表面壓應(yīng)力，無論裝配時內(nèi)套開裂，還是使用過程中外套擋邊掉塊、內(nèi)套碎裂傾向性太大減小，且可降低滾子的邊緣應(yīng)力集中。因此，經(jīng)等溫淬火后比馬氏體淬火后平均壽命及可靠性提高。 167。 輥系的載荷分析 為有效地計算支承輥軸承的承載力，需要對輥系進(jìn)行受力分析。為便于計算，采用簡化受力分析方法，忽略軋輥的彈性變形及摩擦損失，假設(shè)作用力的方向均在兩輥的連心線上，如下圖 42 所示。 圖 42 輥系受力分析 如上圖 42 顯示， 20 輥森吉米爾軋機(jī)輥系的受力為層層傳遞，一直傳遞到最外層的支承輥上，而支承輥?zhàn)罱K將力傳遞到剛性極高的連體機(jī)架上，有效地解決了其他軋機(jī)剛性不足而導(dǎo)致的輥系變形移位導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量缺陷問題。 由上圖 42 得到如下公式： ）（ 2sinaP/P1 ? （ 41） ）（）（ ?????? 90/ s i ns i nPP 012 （ 42） ）（）（ ????? /c o ss inPP 13 （ 43） 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 ??? /sinco sPP 34 （ 44） ）（）（ ?????? 90/ s i n90s i nPP 025 （ 45） ）（）（ ????? /c o ss inPP 26 （ 46） ）（ ?????? 90c osP2PPPP 04624267 （ 47） 單個支承軸承的載荷 F 按下式計算 P/LlF b ）（? （ 48） 式中： bl 為軸承寬度， n 為心軸上軸承的數(shù)目， L 為整個支承輥長度。 計算表明輥系上載荷的分布極不均勻，兩邊支承輥 A、 D 的載荷比中間支承輥 B、 C 的載荷值大。某些類型的軋機(jī) A、 D 支承輥 輥上的載荷值與 B、C 支承輥輥上的載荷相對差可達(dá) 40%，以至于位于輥系邊側(cè)的支承輥磨損較為嚴(yán)重，兩邊支承輥軸承壽命大大地降低。 167。 軸承的載荷分析 一般軸承的壽命計算只適用于安裝在實心軸上并且置于剛性軸承座的軸承，對于多輥軋機(jī)，軸承外圈直接做支承輥，外徑的局部與中間輥接觸，在外載的作用下厚壁外圈會發(fā)生一定的彈性彎曲變形，影響滾道上的載荷分布，從而影響承載能力。 計算滾動體與滾道的接觸變形時，必須考慮外圈徑向撓度的影響。按薄壁圓環(huán)的平面彎曲理論，任意角位置 ? 處的徑向撓度微分方程為 /E I M RWW /dd 222 ??? （ 49） 式中： W 為角 ? 處徑向撓度， EI 為彎曲剛度， M 為 ? 處截面上彎矩， R 為曲率半徑。 由（ 1）式可求解外圈的徑向撓度 ）（ nW?? 又任意位置滾動體與滾道的接觸變形 n? 為