軋機中各輥止推軸承結構的分析

艾 晶

(中冶南方工程技術有限公司技術研究院 湖北武漢430223)

軋機中各輥止推軸承結構的分析

艾 晶①

(中冶南方工程技術有限公司技術研究院 湖北武漢430223)

介紹了軋機中支撐輥和工作輥的幾種止推軸承結構，分析了其中一些安裝間隙的意義，介紹了止推軸承的軸向力傳遞情況，對各輥止推軸承結構的設計及現場軸承因軸向力損壞的情況有一定的參考價值。

板帶軋機 支撐輥 工作輥 止推軸承

在現場實際生產中，很多板帶軋機因軋輥軸向力過大，造成輥子的軸向固定零件變形，甚至輥子中止推軸承的燒損，影響了軋機的正常生產。而形成軸向力的原因較多，主要有軋輥軸線的交叉、非對稱軋制、傳動系統的影響以及軋件咬入及拋出時的軸向沖擊等，生產中實時調整和控制的難度較大。目前，對軋輥軸向力的理論計算還沒有十分可靠的方法，一般按經驗選取冷軋機輥子軸向力為軋制力的1%～3%，但在現場操作中發現軸向力要比經驗值大的多，因此各個輥子的止推軸承的設計就尤為重要。本文從軋機各輥止推軸承的結構設計著手，重點介紹其受力情況及其中一些安裝間隙的意義。

1 支撐輥的止推軸承的結構

在軋機的支撐輥軸承的設計上，一般在操作側和傳動側設置四列圓柱滾子軸承來承受縱向的軋制力，不讓其承受軸向力，而設置雙列圓錐滾子軸承作為止推軸承來承受軸向力，不讓其承受軋制力。在止推軸承的設計上一般有兩種結構形式，一種是只在操作側設置止推軸承，在此稱之為單側止推軸承結構，另一種是在操作側和傳動側均設置，在此稱之為雙側止推軸承結構。

1.1 單側止推軸承結構

單側止推軸承結構其操作側的結構如圖1所示。

在圖1中，操作側四列圓柱滾子軸承的外圈由操作側軸承座和止推軸承座固定，采用墊片組來調整外圈的頂緊程度，內圈緊配合到支撐輥輥軸上，內圈的一側與支撐輥輥環之間存在軸向“間隙a”，正是 “間隙a”使支撐輥在撓曲變形時輥環不會頂緊軸承內圈使其軸向竄動，更不會將軸向力傳遞給軸承內圈，傳動側結構與此類同。軸承內圈的另一側被操作側壓蓋頂緊，此時壓蓋與支撐輥輥軸的端面之間有軸向“間隙b”。而在傳動側，傳動側壓蓋與支撐輥輥軸端面頂緊，與軸承內圈存在軸向間隙，即傳動側四列圓柱滾子軸承的內圈兩側均不頂緊，則其內圈不傳遞也不承受軸向力。

圖1 單側止推軸承的結構

1-支撐輥; 2-輥環; 3-操作側四列圓柱滾子軸承; 4-操作側軸承座; 5-止推軸承座; 6-操作側壓蓋; 7-雙列圓錐滾子軸承; 8-外套環; 9-保持環; 10-操作側端蓋; 11-內套環; 12-調節螺母; 13-鎖緊環

單側止推軸承結構只在支撐輥的操作側設置止推軸承，作為止推軸承的雙列圓錐滾子軸承接觸角錐度較大，應用于軸向負荷比徑向負荷大或只有軸向負荷的情況。在圖1中，外套環和保持環用螺栓連接在一起，將雙列圓錐滾子軸承的兩個外圈固定，外圈之間沒有墊圈，在兩個外圈與外套環和保持環之間加裝彈簧來預緊軸承，且保持環與外圈端面之間存在軸向“間隙d”，以保證彈簧與外圈的接觸及適應軸承的寬度偏差。軸承外圈與外套環之間存在徑向“間隙e”，此間隙考慮了軸承的配合間隙和軸承游隙的調整。外套環與止推軸承座之間存在徑向“間隙c”，用鍵來防止相對轉動，這樣，止推軸承在承受軸向力時的徑向分力就不會傳遞給止推軸承座。在操作側端蓋與止推軸承座之間設置墊片組，通過調整此墊片組來保證操作側端蓋與保持環之間保留軸向“間隙f”，此間隙滿足了安裝要求。雙列圓錐滾子軸承的內圈間隙配合到內套環上，兩者之間用鍵來傳遞扭矩，內套環的一端與操作側壓蓋用螺栓固定在一起，并夾緊軸承內圈。內套環的另一側有外螺紋，與調節螺母的內螺紋相配合，調節螺母的另一端頂緊鎖緊環，鎖緊環頂緊支撐輥輥徑凹槽的一個端面，與凹槽的另一個端面存在軸向“間隙g”。當將調節螺母向鎖緊環方向擰動時，內套環、雙列圓錐滾子軸承、操作側壓蓋、外套環及保持環的整體會一起向四列圓柱滾子軸承方向移動，直至操作側壓蓋頂緊四列圓柱滾子軸承的內圈，“間隙f”和“間隙d”均為此軸向移動留出空間。內套環和鎖緊環與支撐輥輥徑之間用鍵聯接保證同步轉動。

只有操作側軸承座與機架之間有支撐輥軸向鎖緊裝置以限制支撐輥的軸向移動，因此，當支撐輥產生由操作側指向傳動側的軸向力時，軸向力依次經鎖緊環、調節螺母及內套環傳遞給止推軸承的內圈，再由止推軸承的外圈依次經外套環、止推軸承座、操作側軸承座、支撐輥軸向鎖緊裝置傳遞給機架。而當支撐輥產生由傳動側指向操作側的軸向力時，軸向力要經過與輥徑緊配合的操作側四列圓柱滾子軸承的內圈及操作側壓蓋傳遞給止推軸承的內圈，再由止推軸承的外圈依次經保持環、操作側端蓋、止推軸承座、操作側軸承座、支撐輥軸向鎖緊裝置傳遞給機架。

可以看到，單側止推軸承結構通過其操作側的止推軸承來承受雙向的軸向力，但在傳遞由傳動側指向操作側的軸向力時可能會產生一個弊端，即當軸向力較大時，可能會破壞四列圓柱滾子軸承的內圈與支撐輥輥軸的緊配合，導致軸承內圈軸向竄動，同時可以看到，這種結構在止推軸承的安裝上比較復雜，需要調整之處較多。

1.2 雙側止推軸承結構

雙側止推軸承結構其操作側的結構如圖2所示。

在圖2中，操作側四列圓柱滾子軸承的外圈由固定在端蓋(一)上的定距環和止推軸承座來固定，采用修磨定距環端面的方式來調整軸承外圈的頂緊程度，內圈緊配合到支撐輥輥軸上，內圈的一側與輥環之間沒有間隙，而內圈的另一側與壓蓋(一)之間存在軸向“間隙h”，壓蓋(一)頂緊輥軸端面且用螺栓固定，“間隙h”的存在使軸向力不會傳遞給軸承內圈，傳動側結構與此類同。

雙側止推軸承結構即在操作側和傳動側均設置雙列圓錐滾子軸承，其軸承內圈間隙配合到輥軸上，內圈的一側頂緊輥軸軸肩，另一側用固定在輥軸端面上的壓蓋(二)頂緊，壓蓋(二)與內圈之間用鍵來保證兩者與軸的同步轉動。止推軸承座和端蓋(二)用螺栓固定在一起，將雙列圓錐滾子軸承的兩個外圈固定，外圈之間沒有墊圈，在兩個外圈與止推軸承座和端蓋(二)之間加裝彈簧來預緊軸承，且端蓋(二)與外圈端面之間存在軸向“間隙i” 以保證彈簧與外圈的接觸及適應軸承的寬度偏差，通過調整止推軸承座與端蓋(二)之間的墊片組來保證此間隙。同時，雙列圓錐滾子軸承的外圈與止推軸承座之間存在徑向“間隙j”，此間隙既保證了軸承的安裝，又使止推軸承承受軸向力時的徑向分力不會傳遞給止推軸承座。傳動側的結構與此類同。

圖2 雙側止推軸承結構(操作側)

1-支撐輥; 2-輥環; 3-端蓋(一); 4-定距環; 5-操作側四列圓柱滾子軸承; 6-操作側軸承座; 7-壓蓋(一); 8-止推軸承座; 9-操作側雙列圓錐滾子軸承; 10-壓蓋(二); 11-端蓋(二)

只有操作側軸承座與機架之間有支撐輥軸向鎖緊裝置以限制支撐輥的軸向移動，因此，當支撐輥產生由操作側指向傳動側的軸向力時，軸向力由輥軸經壓蓋(二)傳遞給操作側止推軸承的內圈，再由止推軸承的外圈依次經止推軸承座、操作側軸承座、支撐輥軸向鎖緊裝置傳遞給機架。當支撐輥產生由傳動側指向操作側的軸向力時，軸向力由輥軸直接傳遞給操作側止推軸承的內圈，再由止推軸承的外圈依次經端蓋(二)、止推軸承座、操作側軸承座、支撐輥軸向鎖緊裝置傳遞給機架。對于傳動側的止推軸承，可以將軸向力傳遞給傳動側軸承座，依靠軸承座襯板與機架的摩擦力可以抵消極小部分的軸向力，在此忽略不計。

可以看到，雙側止推軸承結構中軸承的安裝和調整都相對簡單，由操作側的止推軸承來傳遞軸向力，操作側和傳動側止推軸承的另一個作用是將兩側軸承座在支撐輥上軸向定位，當軸向力較大時，操作側的止推軸承更容易損壞。

2 工作輥的軸承的結構

軋機的工作輥和中間輥在止推軸承的設計上有相似之處，在此以工作輥為例來進行介紹，工作輥的軸承結構如圖3所示。

圖3 電鍍段和化學處理段導電輥的結構

1-傳動側鎖緊環; 2-傳動側內套環; 3-傳動側四列圓錐滾子軸承; 4-傳動側軸承座; 5-傳動側輥環; 6-傳動側端蓋; 7-工作輥; 8-操作側端蓋(一); 9-操作側輥環; 10-操作側四列圓錐滾子軸承; 11-操作側軸承座; 12-雙列圓錐滾子軸承; 13-操作側內套環; 14-操作側端蓋(二); 15-操作側鎖緊環

從圖3可以看到，在操作側和傳動側均設有四列圓錐滾子軸承，用以承受工作輥的彎輥力、平衡力或部分軸向力，在操作側的四列圓錐滾子軸承之外還設有接觸角錐度較大的雙列圓錐滾子軸承來承受軸向力，這種結構在此稱之為帶止推軸承的工作輥結構。還有一種結構取消了雙列圓錐滾子軸承，在傳動側結構不變的情況下，其操作側的結構與圖3中的傳動側的結構類似，在此稱之為不帶止推軸承的工作輥結構。

2.1 帶止推軸承的工作輥結構

在帶止推軸承的工作輥結構中，傳動側四列圓錐滾子軸承的外圈由傳動側軸承座和傳動側端蓋固定，應用墊片組來調整軸承外圈的頂緊程度，軸承內圈松配合在工作輥輥軸上，內圈的一側緊貼傳動側輥環，另一側由傳動側內套環頂住，內套環的另一個端面與傳動側鎖緊環之間保留軸向“間隙n”，以適應軸承的寬度偏差、安裝調整及游隙的要求。操作側四列圓錐滾子軸承的外圈由操作側軸承座和操作側端蓋(一)固定，應用墊片組來調整軸承外圈的頂緊程度，軸承內圈松配合在輥軸上，內圈的一側與操作側輥環之間保留軸向“間隙o”，另一側也沒有任何零件將其頂緊，即操作側四列圓錐滾子軸承不承受軸向力。

在止推軸承處，操作側軸承座和操作側端蓋(二)用螺栓聯接在一起，將雙列圓錐滾子軸承的兩個外圈固定，外圈之間沒有墊圈，在兩個外圈與操作側軸承座和操作側端蓋(二)之間加裝彈簧來預緊軸承，且通過調整操作側軸承座與操作側端蓋(二)之間的墊片組來保證操作側端蓋(二)與軸承外圈之間的軸向“間隙p”，以保證彈簧與外圈的接觸及適應軸承的寬度偏差。止推軸承的外圈與操作側軸承座之間存在徑向“間隙q”，既保證了軸承的安裝，又使止推軸承在承受軸向力時的徑向分力不會傳遞給操作側軸承座。止推軸承的內圈間隙配合到輥軸上，內圈的一側頂緊輥軸軸肩，另一側用操作側內套環頂住，操作側內套環的另一個端面與操作側鎖緊環之間保留軸向“間隙r”，以適應軸承的寬度偏差、安裝調整及游隙的要求。止推軸承內圈、操作側內套環和操作側鎖緊環與輥軸之間用鍵聯接來保證同步轉動。

只在操作側軸承座與機架之間有工作輥軸向鎖緊裝置以限制工作輥的軸向移動，因此，當工作輥產生由操作側指向傳動側的軸向力時，軸向力依次經操作側鎖緊環、操作側內套環傳遞給止推軸承的內圈，再由止推軸承的外圈依次經操作側軸承座、工作輥軸向鎖緊裝置傳遞給機架。當工作輥產生由傳動側指向操作側的軸向力時，軸向力由輥軸直接傳遞給止推軸承的內圈，再由止推軸承的外圈依次經操作側端蓋(二)、操作側軸承座、工作輥軸向鎖緊裝置傳遞給機架。

可以看到，帶止推軸承的工作輥結構通過加裝的止推軸承來承受雙向的軸向力。一般來說，輥子的軸向鎖緊裝置在哪一側，則止推軸承就加裝在哪一側，如有的中間輥的軸向鎖緊裝置在傳動側，則中間輥加裝的止推軸承就裝在傳動側軸承座內。2.2 不帶止推軸承的工作輥結構

對于不帶止推軸承的工作輥，其操作側的四列圓錐滾子軸承的安裝與傳動側類似，即軸承的外圈由操作側軸承座和操作側端蓋(一)固定，由墊片組來調整軸承外圈的頂緊。軸承內圈的一側與操作側輥環頂緊，另一側由操作側內套環頂住，內套環的另一側與操作側鎖緊環之間同樣保留軸向“間隙n”，以適應軸承的寬度偏差、安裝調整及游隙的要求。

這樣，當工作輥產生由操作側指向傳動側的軸向力時，軸向力依次經操作側鎖緊環、操作側內套環傳遞給操作側四列圓錐滾子軸承的內圈，再由外圈依次經操作側端蓋、操作側軸承座、工作輥軸向鎖緊裝置傳遞給機架。當支撐輥產生由傳動側指向操作側的軸向力時，軸向力由輥軸直接傳遞給操作側四列圓錐滾子軸承的內圈，再由外圈依次經操作側軸承座、工作輥軸向鎖緊裝置傳遞給機架。

可以看到，主要還是操作側的四列圓錐滾子軸承傳遞軸向力，再加上其還要承受彎輥力等徑向力，因此在軸向力較大的情況下，操作側的四列圓錐滾子軸承較容易損壞。

3 結論

介紹了軋機中支撐輥和工作輥的幾種止推軸承結構，分析了其中一些安裝間隙的意義，介紹了止推軸承的軸向力傳遞情況，對各輥止推軸承結構的設計及現場軸承因軸向力損壞的情況有一定的參考價值。

[1]周紀華等.四輥軋機支撐輥止推軸承燒損原因測試[J].北京科技大學學報，1995(5)：444-450.

[2]高永生等.四輥軋機輥系軸向力的實驗[J].北京科技大學學報，1995(1)：59-63.

[3]李友榮等.四輥軋機軸向力研究[J].重型機械，2001(4)：8-10.

[4]龍從偉等.四輥軋機軋輥竄動問題探討及解決方案[J].武鋼技術，2011(2)：50-53.

Analysis on the Configurations of Roll Thrust Bearing in Strip Mill

Ai Jing

(WISDRI Engineering & Research Co., Ltd., Wuhan 430223)

This paper introduces several configurations of thrust bearing of backup roll and work roll in strip mill, analyzes the purports of some assemble gaps, introduces the transmission of the axial force by thrust bearing, and presents references in the design of roll thrust bearing and the actual site situations of bearing damages because of the axial force.

Strip mill Backup roll Work roll Thrust bearing

艾晶，女，1978年出生，2007年畢業于東北大學機械設計及理論專業，碩士，高級工程師，主要研究方向：冷軋帶鋼處理線的研究和設計

TG333.15

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2014.06.011

2014-07-25)